Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ)

Наряду с использованием аналоговых можно использовать импульсные методы модуляции, в частности, амплитудно-импульсную модуляцию ( АИМ), что позволяет улучшить энергетические характеристики процесса передачи в целом, если учесть, что длительность излучаемого импульса может быть мала по сравнению с периодом несущей. Импульсные методы модуляции основаны па процессе дискретизации передаваемого аналогового сигнала, т. е. использовании последовательности выборок выборочных значений аналогового сигнала, взятых периодически с частотой дискретизации f _Д. Она выбирается из условия возможности последующего восстановления аналогового сигнала без искажений из дискретизированного сигнала с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ). Для сигнала с ограниченным спектром, к которому относится и сигнал стандартного КТЧ, имеющий частоту среза кГц, применима теорема Котельникова-Найквиста, определяющая f _д = 2 . Отсюда получаем, что для КТЧ частота дискретизации составляет 8 кГц (т. е. выборки аналогового сигнала следуют с периодом дискретизации Т _Д = 1/ f _Д = 125 мкс).

Следующим логичным шагом может быть квантование амплитуд импульсных выборок; – процесс определения для каждой выборки эквивалентного ей численного (цифрового) значения Указанные два шага (дискретизация и квантование) определяют процессы, осуществляемые при ИКМ. Они позволяют перейти от аналогового представления речевого сигнала к цифровому.

Численное значение каждой выборки в этой схеме может быть далее представлено (закодировано) в виде 7 или 8 битного двоичного кода (на практике при использовании аналого-цифровых преобразователей (АЦП) двоичное кодирование осуществляется непосредственно при квантовании). Такое кодирование (часто называемое кодификацией) дает возможность передать 128 (2⁷) или 256 (2⁸) дискретных уровней амплитуды речевого сигнала, обеспечивая качественную передачу речи формально с динамическим диапазоном порядка 42 или 48 дБ. Учитывая, что выборки должны передаваться последовательно, получаем двоичный цифровой поток со скоростью 56 кбит/с = 8кГц×7бит/с в случае 7 битного кодирования или 64кбит/с (8 кГц×8 бит) в случае 8 битного кодирования. Указанные шаги преобразования для формирования ИКМ-сигнала представлены на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Формирование двоичного потока при ИКМ с 7-битным кодированием

Использование ИКМ (известной с 1937 г., но реализованной в технике связи только в 1962 г.) в качестве метода передачи данных позволяет: для систем цифровой телефонии – ликвидировать недостатки, присущие аналоговым методам передачи, а именно:

убрать существенное затухание сигнала и его изменение в сеансе связи и от сеанса к сеансу;

практически устранить посторонние шумы, улучшить разборчивость речи и увеличить динамический диапазон передачи;

для систем передачи данных – организовать канал передачи данных на скорости 56 или 64 кбит/с.