Что такое основной цифровой канал (ОЦК)? ~ Сетевые заморочки

Привет! Давайте сегодня поговорим о том, что же такое основной цифровой канал, ОЦК или DS0. И так поехали.

В прошлый раз мы разобрались с тем, как получается и что представляет из себя аналоговый электрический сигнал. Сегодня мы поговорим о цифровых сигналах.

Как мы сказали в прошлый раз, аналоговый сигнал – это непрерывный сигнал и в каждый момент времени он характеризуется определенным значением напряжения. Цифровой сигнал, если так можно выразиться, являться прерывистым и существует только в определенные заданные моменты времени.

Для того чтобы преобразовать аналоговый сигнал в цифровой нужно выполнить ряд операций, а именно – дискретизация по времени, квантование по уровню и кодирование. Сейчас мы последовательно разберем все эти операции.

Дискретизация по времени, это разбиение сигнала на некоторые равные временные интервалы. Пусть у нас есть некоторый аналоговый электрический сигнал:

Некоторый аналоговый сигнал

Выполним его дискретизацию по времени, для этого разобьём времени на равные интервалы, например, будем получать значение сигнала каждый 125 мкс. Тогда наш сигнал примет вид:

Дискретизация сигнала по времени

Или даже вот такой вид:

Дискретизация сигнала по времени

Теперь настало выполнить вторую операцию – квантование по уровню. Для этого возьмем и разобьем нашу ось напряжения на несколько равных интервалов, например, на восемь. Эти восемь интервалов будут назваться разрешенными уровнями сигнала.

Квантование по уровню

Далее возьмем каждое из значений сигнала, полученное на этапе дискретизации, и подтянем до одного из разрешенных уровней.

Квантование по уровню

На этом процесс квантования по уровню завершается и мы переходим к кодированию. Кодирование это присвоение некоторой двоичной последовательности каждому уровню сигнала. Число разрядов в кодовой последовательности зависит от выбранного числа уровней квантования, в нашем случае для 8 уровней квантования достаточно 3 разрядов (2^3=8). В таком случае получаем такую картину:

Кодирование сигнала

Если же выбрать получившиеся в каждый их моментов времени 100 101 101 110 110 110 111 и так далее., то мы получим так желаемый нами цифровой сигнал).

Но, скажете вы. зачем все это нам, мы ведь хотели поговорить об ОЦК? Ну так вот если взять частоту дискретизации 8000 Гц, а число разрядов кодовой последовательности – 8 (256 уровней квантования) бит, то мы получим 8*8000= 64 000 бит/cили 64 кбит/c.

А полученный канал 64 кбит/c, как раз таки и является основным цифровым каналом. Основной цифровой канал используется как основной в плезиохронной цифровой иерархии, но об этом мы поговорим в следующей статье.

А пока постараемся разобраться почему для ОЦК выбраны именно такие значения частоты и числа уровне дискретизации.

Многочисленные исследования установили, что основная часть спектра частот человеческого голоса попадает в диапазон 300—3400 Гц. Конечно в человеческом голосе есть и другие частоты, но их значительно меньше чем тех, что попадают в указанный диапазон. И если эти «лишние» частоты отбросить, то это не сильно повлияет на восприятие человеческого голоса. Верхнюю границу обычно округляют до величины 4 кГц, для организации запаса для работы различных фильтров и тд.

Также существует великая и ужасная теорема Котельникова, которая гласит - минимальное значение частоты дискретизации, при котором возможно точное восстановление непрерывного сигнала, должно быть в два раза больше наибольшей частоты в спектре сигнала. И в таком случае получаем 4000Гц*2 = 8000 Гц.

Теперь разберемся что означает наличие 8 разрядов. Это означает что при квантовании сигнала имеется 256 разрешенных уровней сигнала. Но тут нужно учитывать, что в ОЦК используется не равномерное квантование по уровню, а задействуется операция компандирования (увеличение числа уровней квантования в области малых значений входного сигнала и уменьшения в области максимальных значений.).

Ну и на последок для чего применяется ОЦК: основной цифровой канал может использоваться для передачи телефонных сигналов, сигналов передачи данных, факсимильных сигналов, вообщем почти всего что угодно, что вы сможете в него запихать с помощью специфического оборудования.