При цифровой коммутации носителем информации является не амплитуда передаваемого по линии электрического сигнала, а временная последовательность импульсов, то есть создается временной канал, определяемый пространственной и временной координатами.

Эпоху цифровой реализации телекоммуникационной сети предопределила разработка двух устройств:

- кодеков, преобразующих аналоговые сигналы в цифровые;

- модемов, преобразующих цифровые сигналы в аналоговые

 при передаче данных по аналоговым телефонным сетям.

Рис. 2.1- Схема передачи аналогового сигнала по цифровому каналу

Эти устройства наряду с цифровыми системами передачи (ЦСП- системы ИКМ) обусловили появление цифровых систем коммутации.

Основные преимущества ЦСК:

- однотипность коммутируемых и передаваемых сигналов, поэтому

 затухание минимальное, так как нет аналого-цифровых (АЦП) и цифро-

 аналоговых (ЦАП) преобразований;

- малая занимаемая площадь: порядка 30÷40 м² на 10 000 номеров по

сравнению с АТСК той же емкости - 300 м²;

- большое количество ДВО, возможность введения новых услуг, организация интегральных сетей;

- быстрота ввода цифровых станций в эксплуатацию:1-2 месяца (для цифровых АТС);  6 месяцев (для аналоговых АТС);

- небольшое количество, но высококвалифицированного персонала;

- высокая надежность и возможность организации ЦТЭ.

Недостатки ЦСК:

- критичность к климату и перепаду напряжений;

- большое потребление электроэнергии (в 5-6 раз больше электромеханических АТС);

- относительно высокая стоимость, хотя большие возможности и низкие эксплуатационные затраты быстро окупают вложенные средства;

- необходимость и сложность синхронизации ЦСК разных типов;

- сложность взаимодействия с существующей аналоговой сетью.

Цифровая передача сигналов

В системах связи в основном используются два типа сигналов:

- аналоговый, когда  амплитуда сигнала может принимать любое численное значение в заданных пределах [min , max];

- цифровой , когда амплитуда сигнала имеет ограниченное число значений.

Простейшим примером использования цифрового сигнала является азбука Морзе, когда информация передается с помощью кода «сигнал» и «нет сигнала».

Основными преимуществами цифровых методов передачи сигналов перед аналоговыми являются:

- высокая помехоустойчивость, т.к. представление информации в цифровой форме, (то есть в виде последовательности символов с малым числом разрешенных уровней и детерминированной частотой следования), позволяет осуществлять регенерацию (восстановление) этих сигналов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации. Таким образом, после регенерации получается практически исходный цифровой сигнал.

- слабая зависимость качества передачи от длины линии связи. При увеличении длины линии возможность регенерировать сигнал без помех сохраняется.

Проблемы же передачи аналоговых сигналов увеличиваются пропорционально длине линии, так как чем длиннее линия, тем больше накладывается помех;

- стабильность параметров каналов цифровых систем передачи;

- эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов: цифровые системы передачи (ЦСП) – 64 кбит/сек, аналоговые системы передачи – 9,6 кбит/сек;

- возможность построения цифровой сети связи;

- высокие технико-экономические показатели.

Цифровые системы передачи (ЦСП) в сочетании с ЦСК являются основой цифровой сети связи, в которой передача, транзит и коммутация сигналов осуществляется в цифровой форме. При этом параметры каналов практически не зависят от структуры сети.

Передача и коммутация сигналов в цифровой форме позволяют реализовать весь аппаратурный комплекс цифровой сети на чисто электронной основе с широким применением цифровых интегральных схем, что позволяет резко снизить трудоемкость изготовления оборудования, существенно упрощает эксплуатацию систем, повышает надежность оборудования.

Однако, основная трудность при передаче цифрового сигнала – возможность рассинхронизации сигнала на приеме по сравнению с сигналом на передаче (наличие фазового сдвига).

Импульсно-кодовая модуляция

В ЦСП при использовании импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) формирование группового цифрового сигнала предусматривает последовательное выполнение следующих основных операций:

1) дискретизация индивидуальных аналоговых сигналов по времени, в результате чего формируется импульсный сигнал, промодулированный по амплитуде, то есть АИМ сигнал;

2) объединение N индивидуальных АИМ сигналов в групповой АИМ сигнал с использованием принципов временного разделения каналов (ВРК);

3) квантование группового АИМ сигнала по уровню;

4) последовательное кодирование отсчетов группового АИМ сигнала, в результате чего формируется групповой ИКМ сигнал.

Принципы формирования цифрового группового сигнала показаны на рис. 2.2.

Рис. 2.2- Принципы формирования цифрового группового сигнала

Найквист, Шеннон и Котельников доказали, что аналоговые сигналы можно передавать с помощью коротких импульсов, амплитуда которых соответствует амплитуде сигнала в данный момент времени, следующих с определенным периодом (длительность, частота следования, временное положение импульсов остаются неизменными).Такие импульсы называются отсчетами, а процесс их получения – амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ).

Таким образом, в процессе формирования АИМ сигнала осуществляется дискретизация непрерывного (аналогового) сигнала по времени в соответствии с известной теорией Котельникова-Найквиста: «Любой непрерывный сигнал, ограниченный по спектру верхней частотой f _в полностью определяется последовательностью своих дискретных отсчетов, взятых через промежуток времени Т_Д,

называемый периодом дискретизации»:

Т_Д                                                                                                  (2.1)

В соответствии с этим частота дискретизации, то есть частота следования дискретных отсчетов, выбирается из условия: .

Общепринятый частотный диапазон канала передачи речевого сигнала 300 3400Гц, то есть , а .

Для обеспечения определенного защитного интервала модулирующая частота (частота дискретизации f _Д) в телефонии берется равной f ₀ = f _Д = 8 кГц, соответственно период следования отсчетов:

Т =                                         (2.2)

Так как в стандартном тракте 32 временных (канальных) интервала ВИ (КИ), то длительность одного ВИ:

.