Krotnica pcm 30/32

Przetworniki analogowo - cyfrowe i cyfrowo - analogowe nielinearne łączą funkcje właściwych przetworników z funkcją kompandora. Schemat i zasada działania jest podobna do przetworników linearnych. Różnica polega na nieco innej koleności włączania źródeł, dzięki czemu można zakodować próbkę z wystarczającą dokładnością w ośmiu taktach (równoważny koder linearny z kompresją cyfrową wymaga dwunastu taktów).Jeżeli założyć, że przetwornik będzie przetwarzał próbki PAM na kod ośmioelementowy z kompresją według prawa A, to kodowanie będzie miało następujący przebieg. W pierwszym takcie, przy zerowym sygnale z układu sumującego, określa się pierwszą cyfrę kodu. Komparator, a właściwie układ decyzji daje jednoznaczną odpowiedź, czy sygnał PAM jest dodatni czy ujemny, poprzez wytworzenie na wyjściu 1 lub 0 logicznego. Przy określaniu następnych cyfr kodu, próbki dodatnie i ujemne koduje się jednakowo, z tym że do kodowania próbek dodatnich włącza się źródła dodatnie, a do ujemnych zestaw źródeł ujemnych. W drugim, trzecim i czwartym takcie określa się, w jakim przedziale, segmencie, znajduje się kodowana amplituda próbki PAM. Granice tych przedziałów dla próbek dodatnich przy założeniu, że maksymalna amplituda zawiera 2048 jednostek są następujące: 0, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 i 2048.

Jeżeli próbka ma znak dodatni, wówczas w drugim takcie układ sumujący wytwarza napięcie o wielkości 128 jednostek. Na wyjściu układu decyzji otrzymuje się wynik porównania tego napięcia z sygnałem PAM w postaci 1 lub 0 logicznego, a zarazem drugą cyfrę kodu. W trzecim takcie w zależności od drugiego porównania układ sumujący wytwarza napięcie o wielkości 32 lub 512 jednostek do porównania z sygnałem PAM, a wynik porównania daje trzecią cyfrę kodu. W czwartym takcie uzyskuje się czwartą cyfrę kodu podobnie jak poprzednio z tym, że źródło służące do porównania zostaje wybrane z wartości 16, 64, 256, 1024. W trakcie czterech dotychczasowych taktów można zatem określić segment, w którym znajduje się kodowana wartość chwilowa sygnału modulowanego. Każdy z segmentów dzieli się na 16 jednakowych przedziałów kwantowania, których wymiar będzie zmieniał się od jedności dla segmentu 0-16 i 16-32 do 64 dla segmentu 1024-2048. Do dalszego kodowania zostaje włączone źródło o wielkości 1/2, 1/4, 1/8 i 1/16 rozmiaru segmentu. Przez porównanie tych napięć z napięciem próbki PAM, podobnie jak w koderze linearnym, można określić cztery ostatnie cyfry kodu.Schemat blokowy nielinearnego kodera różni się od schematu linearnego kodera przetwarzającego próbki metodą kolejnych przybliżeń zastosowaniem bloku przetwarzania kodu dwunastoelementowego na ośmioelementowy. Działanie dekodera nielinearnego jest bardzo zbliżone do działania dekodera linearnego. Kod szeregowy przetwarza się na kod równoległy, a następnie zapamiętuje w pamięci cyfrowej. Układ przetwarzania kodu zamienia kod ośmiobitowy na trzynastobitowy. Blok przełączania i sumowania źródeł zamienia kod równoległy na próbkę PAM.

Dysponując wyżej opisanymi narzędziami przetwarzania analogowo-cyfrowego możemy powrócić do zwielokrotnienia z podziałem czasowym. Okazuje się bowiem, iż przesyłanie wielu kanałów cyfrowych w jednym torze transmisyjnym jest ekonomicznie uzasadnione. Po pierwsze dlatego, że pasmo przepustowe toru transmisyjnego jest wielokrotnie szersze od pasma zajmowanego przez pojedynczy kanał PCM ( w/g kryterium Nyquista pojedynczy kanał telefoniczny PCM zajmuje pasmo o szerokości 32kHz, podczas gdy możliwe do wykorzystania np. w kablach symetrycznych jest pasmo rzędu 1MHz ). Po wtóre - możliwa jest konstrukcja prostych urządzeń zwielokrotniających.

Urządzenia takie zwane krotnicami umożliwiają realizację zamiany n sygnałów wejściowych (najczęściej analogowych) na sygnały PCM i zwielokrotnienia czasowego oraz procesów odwrotnych. Liczba n sygnałów wejściowych była różna, kształtowała się niemalże historycznie i geopolitycznie aż ustalone zostały dwa główne standardy: n=24 ( USA i Japonia ) i n=30 (Europa --zalecenie CCITT G.732)

Europejski system nazywany jest najczęściej systemem PCM 30/32 od liczby kanałów wejściowych (30) i łącznej liczby kanałów w tym sygnalizacyjnych i synchronizacyjnych (30+2=32), lub systemem 2Mbit/s od przepływności strumienia generowanego przez krotnicę. Uproszczony schemat blokowy krotnicy przedstawia rys. poniżej

.

Układ krotnicy systemu zwielokrotnienia czasowego.

Krotnica składa się z dwóch części: nadawczej i odbiorczej. Pracą części nadawczej steruje zegar krotnicy. Sygnał z zegara steruje generatorem impulsów bramkujących GI. Impulsy bramkujące o częstotliwości 8kHz wysyłane są do rozdzielacza impulsów kanałowych RIK. Załącza on kolejno układy dyskretyzacji poszczególnych kanałów z częstotliwością 32-krotnie większą, a więc tak, aby próbki pochodzące z jednego kanału pojawiały się z częstotliwością 8kHz. Kolejność załączania elementów jest następująca: ciąg ośmiu bitów z generatora impulsów synchronizujących, próbki kanałów 115, ciąg ośmiu bitów synchronizacyjno-sygnalizacyjnych i próbki kanałów 1630 po czym cykl się powtarza. Cykl taki nazywany jest ramką systemu. Próbki z kanałów telefonicznych podawane są na wejście przetwornika analogowo-cyfrowego, który generuje ośmiobitowe sekwencje kodowe PCM dla kolejnych kanałów. Na wyjściu krotnicy łączy się wszystkie sygnały cyfrowe w w/w kolejności w jeden strumień i podaje na koder zamieniający kod PCM na kod liniowy. Część odbiorcza krotnicy posiada na wejściu układ regenerujący sygnał liniowy i zamieniający go na kod PCM (nie pokazane na rysunku). Praca części odbiorczej krotnicy jest taktowana sygnałem zegarowym wydzielanym z sygnału liniowego. Rozpoznanie kolejności sygnałów kanałowych odbywa się przy pomocy układu wydzielania impulsów synchronizacyjnych (UWIS), który odpowiedzialny jest za detekcję sygnału synchronizacji ramki. Po sygnale synchronizacji ramki, rozdzielacz impulsów kanałowych uaktywnia kolejno odbiorcze układy dyskretyzacji kanałów i w ten sposób następuje odbiór i dekodowanie poszczególnych próbek w kanałach. Po odfiltrowaniu sygnałów kanałowych w filtrach dolnoprzepustowych, otrzymujemy w każdym kanale sygnał, który był wprowadzony na wejście krotnicy nadawczej (oczywiście z dokładnością do szumu kwantyzacji).

Sygnał zbiorczy, który formuje krotnica (rys.2.24) ma strukturę cykliczną. W ramce sygnału trwającej 125s znajdują się 32 szczeliny kanałowe. Szczelina zerowa w ramkach parzystych zawiera sygnał synchronizacji ramki. W ramkach nieparzystych znajduje się w tym miejscu sygnał negacji synchronizacji ramki ( 2 bit jest jedynką ). Zapobiega to fazowaniu ramki do innej szczeliny czasowej, gdyż ciąg 010101... składający się z drugich bitów kolejnych próbek PCM dowolnego kanału telefonicznego nie występuje. Jest to bowiem reprezentacja składowej o częstotliwości 4kHz, której w sygnale telefonicznym nie ma. Szesnasta szczelina czasowa wykorzystywana jest do celów sygnalizacji kanałowej ( przydział szczeliny w poszczególnych ramkach ilustruje rysunek ). Wynika stąd konieczność numeracji ramek i utworzenia tzw. wieloramki składającej się z szesnastu ramek. W ramce zerowej przesyłany jest w szesnastej szczelinie czasowej sygnał fazowania wieloramki ( pierwsze cztery bity są zerami ) umożliwiający numerację ramek i prawidłowe przyporządkowanie ciągów bitów sygnalizacyjnych w 16-tych szczelinach czasowych kolejnych ramek. Parametry czasowe i rozkład kanałów ilustruje

Ramka i wieloramka sygnalizacyjna systemu PCM 30/32.