Тема 4.3 Организация каналов звукового вешания в цифровых системах передачи

1. Организация каналов звукового вещания в цифровых кабельных, радиорелейных и спутниковых системах передачи

Улучшение параметров качества систем звукового и ТВ веща­ния связывается с преобразованием аналоговых сигналов в циф­ровую форму. При передаче цифровых сигналов допускаются су­щественные искажения формы импульсных сигналов, так как, ис­пользуя принцип регенерации, из последовательности импульсов с нарушенной формой можно восстановить исходный сигнал. Вследствие этого в цифровых каналах передачи искажения и по­мехи не накапливаются, каналы звукового и ТВ вещания высшего класса качества можно делать практически любой протяженности.

Из разработанных методов цифрового кодирования наибольшее распространение получил метод импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). При этом для организации многоканальных цифровых си­стем используется принцип временного разделения каналов (ВРК). В настоящее время разработана и серийно выпускается многока­нальная аппаратура цифровых систем передачи ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480, рассчитанная на организацию соответственно 30, 120, 480 каналов ТЧ. Эта аппаратура позволяет организовать каналы зву­кового вещания, а ИКМ-1920 и телевизионный канал. Находится в эксплуатации аппаратура передачи сигналов звукового вещания АЦВ, ОЦВ, «Орбита-РВ» и др.

Аппаратура ИКМ-30, АЦВ, «Орбита-РВ» относится к первич­ным цифровым системам передачи (ЦСП). В этих системах осу­ществляется аналого-цифровое преобразование (АЦП) исходных сигналов в передающей части и обратное цифро-аналоговое пре­образование (ЦАП) в приемной части.

Аппаратура ИКМ-120, ИКМ-480, ИКМ-1920 строится по прин­ципу объединения в передающей и разъединения в приемной час­тях цифровых потоков, сформированных в первичных ЦСП.

Рассмотрим особенности построения первичной многоканаль­ной ЦСП, в которой используется принцип ВРК-ИКМ и линейный тракт поочередно представляется для передачи первичных (исход­ных) сигналов каждого канала (принцип ВРК), предварительно подвергающихся ИКМ (операциям дискретизации по времени,.амплитудному квантованию и кодированию).

Групповой цифровой сигнал (цифровой поток) формируется на передающей стороне и преобразуется в аналоговые первичные сиг­налы на приемной с помощью аналого-цифрового оборудования (АЦО), состоящему из канального и группового оборудования. Канальное оборудование содержит устройства, каждое из которых

обрабатывает сигналы, соответствующие только одному каналу. В групповом оборудовании обрабатываются сигналы, содержащие информацию о всех каналах.

В состав канального оборудования передающей ча­сти входят: ФНЧ, предназначенный для подавления составляющих спектра сигнала с частотой выше верхней F_B - и амплитудно-им­пульсный модулятор (АИМ). В АИМ последовательности импуль­сов, следующие с частотой f_д (частота дискретизации), модулиру­ются первичным сигналом. При выборе частоты дискретизации учитывают необходимость соблюдения соотношения f_Д=2F_В.

При организации k каналов модулируемые последовательно­сти импульсов с частотой f_д, поступающие к АИМ каждого канала, должны быть сдвинуты относительно друг друга на время T_К= — 1/кfд (канальный интервал). Формирование импульсной после­довательности и требуемый сдвиг ее во времени обеспечивает ге­нераторное оборудование (ГО). Групповое оборудование включает ГО, кодер, состоящий из сжимателя и АЦП, и формирователь ли­нейного сигнала (ФЛС). Кодер, на вход которого поступает груп­повой АИМ сигнал, квантует эту последовательность по уровню и кодирует ее. В современной ИКМ аппаратуре обычно применяется неравномерное квантование АИМ сигналов (цифровое компандиро-вание), поэтому в состав кодера входит сжиматель С, а в состав декодера — расширитель Р. Применение компандерной системы позволяет при 8... 10-разрядном коде добиться такого же каче­ства передачи сигналов звукового вещания, как и при 10... 13-раз­рядном коде, и применении системы с равномерным кодированием. В АЦП кодера кодируются отсчеты АИМ сигнала в «-разрядном симметричном коде.

При смешивании группового сигнала, полученного с выхода ко­дера, с дополнительными (сигналы цикловой синхронизации и за­щиты кодовой группы от помех) и служебными сигналами в ФЛС формируется линейный сигнал. Необходимость замешивания им­пульсов цикловой синхронизации объясняется тем, что для пра­вильного поканального разделения группового сигнала в прием­ной части АЦО необходимо определить временное положение ко­довой группы, соответствующей первому каналу (начало цикла). Сигналы защиты кода от помех позволяют снизить вероятность появления ошибок при декодировании.

Для передачи дополнительных сигналов может быть использо­вано несколько m канальных интервалов T_к (тогда общее число каналов в системе будет k₁=k+m) или несколько символов d в кодовой группе (тогда общее число разрядов будет n₁=n+d). Тактовая частота fт=fдk1n₁ а скорость цифрового потока на вы­ходе ФЛС v=f_T=n₁k₁f_д. В приемной части АЦО осуществляется обратное преобразование цифрового потока. Линейный цифровой сигнал поступает на общий декодер, состоящий из ЦАП и расши­рителя. На выходе декодера образуется групповой АИМ сигнал. Временные селекторы (ВС) выделяют последовательность АИМ сигнала данного канала из группового сигнала. С выхода ВС сиг­налы поступают на ФНЧ и далее в аналоговой форме направля­ются к выходу.

Процессами декодирования и разделения группового. АИМ сиг­нала управляет генераторное оборудование, начальная фаза ра­боты которого устанавливается с помощью сигналов цикловой син­хронизации.

Рассмотренная схема построения АЦО положена в основу при разработке аппаратуры ИКМ-30, АЦВ, «Орбита-РВ» и др. Аппаратура ИКМ-30 предназначена для организации СЛ между городскими и пригородными АТС. Аппаратура позволяет организо­вать 30 каналов ТЧ либо 26 каналов ТЧ и КЗВ с полосой 50...... 10000 Гц. Частота дискретизации f_д=8 кГц, число кодовых раз­рядов n=8. Для цикловой синхронизации и служебных сигналов (защита кода от помех не применяется) выделяются два каналь­ных интервала в связи с чем общее число каналов k1=k+n=30+2=32.

Скорость цифрового потока на выходе ФЛС будет v=nk1f _д=8*32*10³=2048 кбит/c. Это значение скорости является стандар­тизированным для первичных систем.

Канал звукового вещания с полосой 50... 10000 Гц (F_B=10000 Гц) организуется на временных позициях, соответствую­щих четырем каналам ТЧ. Последнее необходимо для выполнения требования f_д≥ F_в. Отключаются 1, 9, 17 и 25-й каналы ТЧ, соот­ветствующие импульсные последовательности объединяются, и сформированная последовательность импульсов с частотой f_Д1=4f_д=4*8*10³=32 кГц направляется к оборудованию КЗВ.

Тракт передачи приемопередатчика сигналов звукового веща­ния состоит из усилителей У1 и У2, предыскажающего контура (ПК), ФНЧ1 и АИМ. Предыскажающий контур служит для выравнивания АЧХ с целью увеличения отношения сигнал-шум квантования в полосе передаваемых частот. Фильтр ФНЧ1 пред­назначен для ограничения спектра входного сигнала, имеет часто­ту среза 10000 Гц. Тракт приема состоит из ВС, ФНЧ2, восстанав­ливающего контура (ВК) и усилителей УЗ... У5. В ВС выделяет­ся АИМ сигнал, который затем демодулнруется в ФНЧ2. Контур ВК обеспечивает восстановление исходной АЧ Х.

Структурная схема приемопередающего оборудования для организа­ции КЗВ в аппаратуре ИКМ-30

Аппаратура цифровой передачи сигналов звукового вещания АЦВ предназначена для организации СЛ звукового вещания на внутригородских участках сети. Аппаратура работает по линейным трактам первичных систем. По одному тракту может быть органи­зовано восемь КЗВ по второму классу или четыре КЗВ по выс­шему классу качества. В первом случае в схеме, показанной k=8. Частота дискретизации f_д=16 кГц. Число кодовых разрядов n=12. Для передачи импульсов цикловой синхронизации, сигналов кодозащиты и служебных сигналов используются четыре кодовых символа в каждом канале. Поэтому общее число разря­дов n1 =n+4=12+4=16. с учетом этого можно вычислить ско­рость цифрового потока на выходе ФЛС v=n1kf_д=16*8*16*10³=2048 кбит/с. Это соответствует стандартизированному значению скорости. При организации четырех КЗВ высшего класса F_в= 15 кГц объединяются импульсные 'последовательности двухка-нальных интервалов, в результате чего частота дискретизации сформированной последовательности увеличивается в 2, раза (f_Д1=2*16*10³=32 кГц) и удовлетворяется требование f_д1≥ 2F_B.

Аппаратура «Орбита-РВ» позволяет организовать в спутнико­вой системе передачи в цифровом потоке со скоростью 2048 кбит/с 10 КЗВ по первому классу или 15 КЗВ по второму, или любую комбинацию из них с учетом того, что два канала по первому клас­су могут быть заменены на три по второму классу качества.

Цифровые каналы звукового вещания по высшему классу ка­чества организуются в спутниковых системах передачи на базе каналообразующей аппаратуры «Градиент-Н», предназна­ченной для формирования телефонного ствола.

В оборудование передающей части входит ФНЧ, кодер, вклю­чающий сжиматель и АЦП, устройство помехоустойчивого коди­рования УПК (кодер канала) и модулятор. Назначение ФНЧ и кодера сигнала описано выше. Частота дискретизации f_д=32 кГц, число разрядов в кодовой группе n= 10. Скорость цифрового по­тока на выходе кодера сигнала v=nf_д=10*32=320 кбит/с, Устройство помехоустойчивою кодироьании иреокразуег кодовые кимои-нации, поступающие с АЦП, в помехоустойчивый код путем до­бавления поверочных импульсов. В результате этого скорость циф­рового потока увеличивается до 480 кбит/с. После УПК цифровой сигнал поступает на вход модулятора Мд, в котором несущая ма-нипулируется по фазе по закону цифрового сигнала. Соответству­ющим выбором значения несущей частоты обеспечивают размеще­ние цифрового КЗВ в полосе частот телефонного ствола аппара­туры «Градиент-Н».

Схема тракта передачи цифрового канала звукового вещания

На приемной стороне с помощью демодулятора Дм из спектра многоканального телефонного сигнала выделяется цифровой сиг­нал. В корректоре ошибок КО (декодере канала) обнаруживают­ся и исправляются ошибки в цифровом сигнале, в декодере сигнал преобразуется в аналоговую форму: в ЦАП восстанавливаются отсчеты аналогового сигнала (образуется АИМ сигнал), а с вы­хода ФНЧ снимается аналоговый сигнал звукового вещания.

Для передачи цветного ТВ сигнала с высоким качеством необ­ходимо обеспечить около 256 уровней квантования (n=8) при верхней частоте спектра F_В=6 МГц. Частота дискретизации дол­жна быть fд> 2F_в=12 МГц, а минимальная скорость цифрового потока v=nfд=96 Мбит/с. Следовательно, требуемая ширина по­лосы канала 96 МГц. Обычно частота дискретизации превышает удвоенную верхнюю частоту ТВ сигнала, в кодере канала добав­ляются вспомогательные символы и скорость цифрового потока, требуемая для передачи цифрового ТВ сигнала получается равной примерно 120 Мбит/с, а ширина полосы частот канала 120 МГц. Современные системы передачи пока не позволяют организовать цифровой канал с такой большой скоростью цифрового потока. По­этому в настоящее время проводятся исследования, направленные на сокращение избыточности в спектре ТВ сигнала с целью умень­шения ширины его спектра.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объясните принцип построения сети распределения программ звукового
вещания.

2. Нарисуйте схему образования группового сигнала в системе передачи
с ЧРК и объясните, как организуется КЗВ.

3. Нарисуйте структурную схему аппаратуры АВ2/3 и объясните принцип
ее работы.

4. Поясните схему образования междугородного канала ТВ вещания в ка­
бельной системе передачи.

5. Объясните принцип образования группового сигнала в системе передачи
с ВРК-ИКМ.

6. Как зависит скорость передачи цифрового потока от параметров АЦП?

7. Нарисуйте структурную схему спутниковой системы передачи и поясни­
те ее.

8. Нарисуйте схему образования цифрового канала звукового вещания.
Объясните, почему скорости цифрового потока на входе и выходе УПК раз­
личны.

9—5336