پروژه کامل فیبر نوری

مقدمه:
از کجا مرور تاریخی این موضوع را شروع کنیم؟ نور همیشه با ما بوده است. مخابرات با استفاده از نور در اوایل دوران پیشرفت بشری، از زمانی که بشر ابتدا با استفاده از علامت دادن با دست پیام خود را ارسال می کرد، شروع شده است. این خود به طور بدیهی یک نوع مخابرات نوری است و در تاریکی قابل اجرا نمی باشد. در خلال روز، منبع نور برای سیستم مورد مثلا خورشید است. اطلاعات از فرستنده به گیرنده روی پرتو نور خورشید حمل می گردد. نور برحسب حرکات دست تغییر وضعیت داده و یا مدوله می گردد. چشم پیام را آشکار کرده و مغز پردازش لازم را روی آن انجام می دهد. در این سیستم، انتقال اطلاعات کند، میزان اطلاعات قابل انتقال در یک زمان معین محدود و احتمال خطا زیاد است.
سیستم نوری دیگری برای مسیرهای طولانی مفید است. ارسال علائم دودی است. پیام با استفاده از تغییر شکل دود حاصل از آتش ارسال می گردیده است. در این سیستم به طرح و یادگیری یک رمز بین فرستنده و دریافت کننده نیاز می باشد. این سیستم با سیستم های جدید مخابرات دیجیتال که در آن رمزهای پالسی استفاده می شود، قابل قیاس است.
در سال 1880 الکساندر گراهام بل یک سیستم مخابرات نوری به نام فوتوفون را اختراغ کرد. در این سیستم، بل از یک آئینه نازک که توسط صدا به لرزه در می آید استفاده نمود. نور خورشید منعکسه از این آیینه اطلاعات را حمل می کند. در گیرنده، این نور خورشید مدوله شده به سلنیوم هادی نور اصابت می کند و در آن به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. این سیگنال الکتریکی در یک تلفن مجدداً به سیگنال صوتی تبدیل می گردد. با وجودی که سیستم فوق نسبتاً خوب کار می کرد هرگز یک موفقیت تجارتی کسب نکرد. ابداع لامپهای ساخته بشر منجر به ساخت سیستمهای مخابراتی ساده مثل چراغ های چشمک زن بین دو کشتی و یا بین کشتی و ساحل، چراغ های راهنمای اتومبیل ها و یا چراغ های راهنمایی گردید. در واقع هرنوع چراغ راهنما در اصل یک سیستم مخابرات نوری است.
تمام سیستم های شرح داده شده فوق دارای ظرفیت اطلاعاتی کمی هستند. یک جهش اساسی که منجر به ایجاد سیستم های مخابرات نوری با ظرفیت زیاد شد کشف لیزر بود که اولین نوع آن در سال 1960 ساخته شد. لیزر یک منبع انتشار نور با عرض باند کم است، قابل استفاده به عنوان حامل اطلاعات را فراهم می آورد. لیزرها قابل قیاس با منابع فرکانس رادیویی مورد استفاده در مخابرات معمولی هستند. سیستمهای مخابرات نوری هدایت نشده (بدون تار) کمی بعد از کشف لیزر توسعه یافتند.
مخابره اطلاعات توسط پرتوهای نوری که در جو سیر می کنند به آسانی انجام گردید. نقاط ضعف عمده این سیستمها عبارتند از: نیاز به یک جو شفاف، نیاز به داشتن دید و مسیر مستقیم به فرستنده و گیرنده و احتمال آسیب رسیدن به چشم بیننده ای که به طور ناآگاهانه ممکن است به پرتو نگاه کند. موارد استفاده اولیه سیستمهای نوری، هرچند محدود، باعث ایجاد علاقه به سیستمهای نوری شد که بتواند پرتو نور را هدایت کند و بر معایب ذکرشده در ارسال هدایت نشده نور غلبه نماید.
به علاوه، پرتو هدایت شده می تواند در گوشه ها (انحراف مسیر) خم شود و خطوط انتقال آن می تواند در زیر زمین کار گذاشته شوند. کارهای اولیه انجام شده روی سیستمهای لیزری جوی اکثر اصول نظری و خیلی از ادوات لازم برای مخابرات نوری را فراهم نموده اند. در خیلی از موارد دیودهای نور گسیل (LED) که به باریکی لیزر هم نیستند مناسب می باشند.
در سالهای 1960 جزء کلیدی در سیستمهای عملی تاری، یعنی یک تار با کارآیی مناسب، وجود نداشت. هرچند که ثابت شده بود نور می تواند توسط یک تار شیشه ای هدایت شود، تارهای شیشه ای موجود بیش از اندازه نور را تضعیف می نمودند. در سال 1970 اولین تار واقعی با افت کم ساخته شد و مخابرات تار نوری عملی گردید. این موضوع درست 100 سال پس از آزمایش جان تیندال فیزیکدان انگلیسی بود که به مجمع سلطنتی نشان داد که نور می تواند در طول یک مسیر منحنی به بخار آب هدایت شود. هدایت نور توسط تارهای شیشه ای و توسط بخار آب شواهدی بر یک پدیده واحد هستند (پدیده انعکاس داخلی کلی).

چگونگی تکمیل فیبر نوری:
در مرحله اول برای انتقال اطلاعات توسط نور از لیزر استفاده شد. در این مرحله نتوانستند برد زیادی داشته باشند. در آزمایشی که در یکی از شهرهای ایتالیا انجام شد حداکثر 7 کیلومتر برد بدست آوردند.
در مرحله دوم تصمیم گرفتند که نور را از داخل یک لوله توخالی عبور دهند که این تصمیم با مشکلاتی مواجه شد. مخصوصاً در تخلیه کامل آن از هوا و نگهداری آن.
بعد از آن تصمیم بر آن شد که از میله شیشه ای استفاده نمایند. در حال حاضر فیبر نوری با تضعیف ساخته شده است.
فیبر نوری موجود در بازار دارای تضعیف 0.2db/km می باشند (سال ساخت 1979)

جایگاه فیبر نوری در مخابرات:

فرستنده یک منبع نور است، با مشخصات خاص خود گیرنده باید نسبت به نور حساس باشد (فتودیود) با آشکارساز نوری.
تا سال 1984 صد میلیون متر فیبر نوری در کشورهای اروپایی مورد استفاده قرار گرفت. این بدان دلیل است که فیبر نوری دارای ظرفیت کانال زیاد و همچنین برد زیاد فاصله ریپترها در غیر نوری حداقل km100 برای 2000 کانال می باشد.
عوامل مهم در مخابرات نوری:
1- ظرفیت
2- فاصله بدون ریپتر با تکرارکننده ها
عوامل محدودکننده ظرفیت یا پهنای باند:
1- سرعت مدولاسیون یا پهنای باند منبع نور
2- پهنای باند مدولاتور (در مخابرات نوری فعلاً نیازی به مدولاتور نوری نمی باشد) چون منبع نور با مدولاتور یکی شده است)
3- محیط انتقال یا فیبر نوری: عامل پاشندگی یا محدودکننده ظرفیت. کار پاشندگی بازکردن سیگنال است. هرچه بیشتر باشد فاصله پالسها بیشتر شده و در نتیجه تعداد پالسها کمتر می شود.
4- محدودیت آشکارساز: فوتودیودهای موجود با سرعت مشخصی کار می کنند که ظرفیت آنها GHz1 می باشد.
عوامل محدودکننده فاصله ریپترها:
1- قدرت منبع نور
2- میزان تزویج فیبر نوری به منبع نور. لیزر را با فیبر تا حد 50% توانسته اند تطبیق دهند و برای LED، 20% بوده است.
3- تضعیف فیبر نوری: در اثر جذب شدن نور در فیبر و یا خارج شدن نور از آن باعث افت انرژی می گردد و در نتیجه فاصله دو ریپیتر کاهش می یابد.
4- حساسیت فوتودیود.
-50Dbm= EPD قدرت مورد نیاز
فوتودیودها PIN = -40 Dbm
ساختمان عمومی فیبر نوری:
فیبر نوری یک رشته بسیار نازک و باریک می باشد که با روکس پلاستیکی که بر روی آن کشیده شده ضخامت حدود µ250 یعنی می باشد. جنس فیبر از شیشه خالص (SiO2) به علاوه یک سری مواد افزودنی حدود 20% قطر، مغزی بر حسب نوع فیبر نوری متغیر است بین 7 تا 100 میکرون.

علت منتشرشدن نور در هسته:
برای روشن شدن این قضیه یک اصل فیزیکی (انعکاس کلی) را مورد مطالعه قرار می دهیم. دو محیط شفاف را با دو ضریب شکست متفاوت در نظر می گیریم (N1> N2).
شعاع نور A به سطح جدایی با زاویه  می تابد و با زاویه منعکس می شود. اگر  را زیاد نماییم، شعاع دیگر به محیط نمی تابد. هم سطح با سطح جدایی می گردد و اگر باز هم زیادتر نماییم از زیر خط جدایی منعکس می شود.
 را زاویه بحرانی گویند.
رابطه کارت

گشودگی عددی (Numerical Aperture-NA):
شعاع نور اگر عمود بر سطح فیبر نوری به مغزی بتابد، (شعاع A) بدون شکست ادامه می باد. هرچه زاویه برخورد کوچکتر باشد، انتشار نور در داخل Core امکان پذیر است. اگر شعاع با زاویه amax بتابد با زاویه شکست max منعکس شده را در این حالت C داریم: (amax زاویه ای است که اگر زاویه تابس بیش از آن گردد شعاع نور دیگر در مغزین انتشار نیافته، بلکه به داخل غلاف می تابد.)

NA = Na Sinamax گشودگی عددی
زاویه amax همیشه در دسترس نیست. حال آن را به فاکتورهای دیگری تبدیل می کنیم:
داشتیم که:

داشتیم که:

انواع پاشندگی در فیبر نوری (Dispertion):
1- پاشندگی چندگذر (Mutipath)
2- پاشندگی رنگ (کروماتیک) (Chromatic)
الف) پاشندگی ماده (Material Dispertion)
ب) پاشندگی موج بر (Waveguid Dispertion)
پاشندگی چندگذر در اثر عبور نور از مسیرهای مختلف با طرح های متفاوت به وجود می آید.
پاشندگی رنگ در اثر طول موج رنگ های مختلف به وجود می آید.
طول موج

پاشندگی رنگ که به دو دسته پاشندگی ماده و موج بر تقسیم می شود پاشندگی ماده بستگی به جنس SiO2 و مولکولهای تشکیل دهنده آن است چون اگر فرکانس معینی به آن وارد شود مولکولهای SiO2 به نوسان در آمده و فرکانس های دیگر به وجود می آید که ممکن است سیگنالهای ارسالی را بزرگتر نماید (پاشندگی ماده)
پاشندگی موج بر مربوط به طول موج می باشد. تغییرات جزئی طول موج در اثر سرعت های متفاوت چون ضریب شکست تابعی از طول موج است و نورهای مختلفی با طول موجهای مختلفی با سرعت های مختلف به فیبر تابیده می شود به همین دلیل پاشندگی موج بر به وجود می آید. پس بستگی به  و n دارد.
طول موجهای مورد استفاده در فیبر نوری:
این طول موجهای مرئی نیست و در ناحیه مادون قرمز است که طول موج آن بلندتر از تمام نورهای مرئی است.

اولین طول موج در مخابرات µm8/0 بود که امروزه از دور خارج شده است. در بررسی های بعدی مشخص شد که µm3/1 تضعیف کاهش می یابد. در این حالت پاشندگی کمتر از پنجره سوم است. در بررسی بعدی در طول موج µm55/1 می بینیم تضعیف را مشاهده نمودند db10/1 این حالت پاشندگی بیشتر از حالت دوم است.
فیبر تدریجی:
هرچه نور از محور دورتر باشد، سرعت بیشتر می گردد و به همین دلیل تصمیم بر آن شد که فیبر بسازند که ضریب شکست مغزی متغیر باشد. ضریب شکست مغزی از محور تا سطح مشترک با غلاف کاهش می یابد. به طوری که در سطح مشترک با غلاف ضریب شکست مغزی بیشتر از ضریب شکست غلاف است. به همین دلیل این فیبر را فیبر با ضریب شکست تدریجی نامیدند. بدین طریق توانستند پاشندگی چندگذر را تا حد زیادی کاهش دهند.

فیبر نوری با ضریب شکست تدریجی (Graded Index):
هر گروه نوری که با سرعت های مختلف و با مشخصات مختلف از فیبر نوری عبور می نمایند یک مد می گویند. گروهی از شعاع را که از محور فیبر عبور می کنند، مد اصلی می نامند که کمترین زمان انتقال را دارند. فیبرهایی که چنددسته مختلف شعع نور را از خود عبور می دهند، چندمدی گویند. فیبر پله ای و تدریجی از نوع فیبرهای چندمدی هستند و این فیبرها به علت چند مسیر بودن شعاع های نور دارای پاشنگی چندگذر می باشند.
برای از بین بردن پاشندگی چندگذر می توان آنقدر مغزی را کوچک کرد به طوری که تمام نورها از محور عبور کنند (تک مدی) قطر این نوع کوچکتر از 10 میکرون است. در صورتی که فیبرهای چندمدی دارای مغزی با قطر 50 میکرون می باشند. قطر غلاف هیچ تغییری نمی کند.

پس فیبرها از لحاظ دسته بندی بر حسب نوع و مد به دو دسته تقسیم می شوند:
1- چند مدی
2- تک مدی
فیبر پله ای به خاطر پاشندگی چندگذر زیاد از رده خارج شده است. فیبر تدریجی را در فاصله های کوتاه حداکثر km50 استفاده می شود. فیبر تک مدی بیشترین کاربرد را در سطح مخابرات دارد تا به حال از فیبر نوری برای ارتباط دوطرفه استفاده نشده گرچه صافی جداکننده ای نور با دو طول موج برای ارتباط دوطرفه در آزمایشگاه ها ساخته شده است.
پاشندگی کروماتیک (پاشندگی نور):
براثر تابعیت در اثر طول موج حاصل می شود. در بحث کلی عامل پاشندگی رنگ خود ماده است. مولکولهای SiO2 کریستالی نیست و یک شبکه نامنظم است (در فیبر نوری) وقتی که نور (یک موج الکترومغناطیسی با فرکانس بالا) وارد فیبر می گردد. در اثر میدان مغناطیسی و الکتریکی (بیشتر الکتریکی) مولکولها پلاریزه می شوند و باعث به نوسان آمدن هسته و اتم های اطراف و در نتیجه به حالت رزونانس درآمده و تولید امواج می نماید. رزونانس باعث ایجاد سیگنالهای ناخواسته شده و این عامل باعث پاشندگی رنگ می شود. وجود فسفر در مغزی فیبر باعث افزایش پاشندگی می گردد.

این منحنی نشان می دهد که تغییرات ضریب شکست در طول موجهای نور مرئی ثابت است ولی در ماوراء بنفش و مادون قرمز تغییرات وجود دارد. در ماوراء بنفش بیشتر تشدید الکترونی موثر است. در مادون قرمز تشدید اتمی موثر است.

C مربوط به سرعت نوری است که یک طول موج دارد، در محیط شفاف دارای گروهی طول موج می باشیم.

0: ضریب عایقی خلاء (هوا)
µ0: ضریب مغناطیسی هوا
µr: ضریب مغناطیسی نسبی
r: ضریب عایقی نسبی
پس:

از رابطه 1 و 2 نتیجه می گیریم که  در مواردی که در فیبر استفاده می شوند باشد در نتیجه:

میزان پلاریزاسیون برای هر ملکول که در ایجاد جهت X می شود برابر است با:

Ex، شدت جریان الکتریکی،  ضریب پلاریزاسیون، Px مقدار پلاریزاسیون میدان الکتریکی در سه جهت می تواند وجود داشته باشد.
مقدار پلاریزاسیون برای N مولکول برابر است با:

رابطه فوق نشان می دهد که n تابعی است از غلظت. بنابر این اگر در طول فیبر غلظت ماده یکنواخت نباشد یا باعث ایجاد nهای مختلف در طول فیبر و در نتیجه باعث پراکندگی نور می شود.
همچنین n بستگی به ضریب پلاریزاسیون ماده دارد. بنابر این چون فیبر ترکیبی از مواد مختلف است اگر این مواد به طور یکنواخت قرار نگرفته باشند، باعث ضریب شکست های مختلف در طول فیبر می گردند.
تضعیف در فیبر نوری:
به طور کلی دو نوع تضعیف در فیبر به وجود می آید:
1- تضعیف در اثر جذب انرژی
2- تضعیف در اثر پراکندگی انرژی
عامل جذب:
جذب توسط یونهای فلزی، مربوط به درجه خلوط اولیه جذب توسط یون OH(آب)، در اثر ساخت توسط مشعلی که اکسیژن و هیدروژن سوخت آن است.
جذب مادون قرمز و ماوراء بنفش (رزونانی پیوندهای اتمی) مربوط به نوسان مواد تشکیل دهند.
عامل پراکندگی:
پراکندگی ربلی Rayleigh Scattring
پراکندگی ریزخمش ها Micro Bending Scatting
در مراحل ساخت سعی می شود از موادی مانند فسفر که با OH پیوند یونی ایجاد می کنند و جاذب انرژی می باشد، استفاده نشود.

عامل جذب تشکیل پیوندهای Si با فسفر یا اکسیژن است.
طول موج رزونانس
µm 9
Si-O
طول موج رزونانس
µm 11
Ge-O
طول موج رزونانس
µm 8
P-O
طول موج رزونانس
µm 3/7
B-O

فلزات به کار رفته در فیبر شامل وانادیم، کرم، منگنز، آهن، کبالت و نیکل می باشد. غلظت یونهای فلزات فوق نبایستی از 109/1 بیشتر باشد. غلظت عامل OH نباید بیشتر از 108/1 باشد.

s
اگر میزان خمش از حد بیشتر گردد، نور زاویه مناسب برای بازتاب کلی را پیدا نمی کند، بنابراین ایجاد تلفات می کند.
تلفات ناشی از خمش را به صورت زیر نشان می دهند:
تضعیف ناشی از خمش
(RC شعاع بحرانی فیبر- R شعاع خمش)

شعاع بحرانی بستگی به ساختمان فیبر و شعاع مغزی دارد و همچنین به ضریب شکست فیبر
= تضعیف کلی
مثال:
تضعیف ناشی از خم کردن یک فیبر با و داشتیم که:

ضریب شکست نسبی
منحنی فوق مربوط به فیبری است شامل ترکیبات SiO2+GeO2
فیبر تک مدی است به طول 2/2 کلیومتر.
روشهای مختلف ساخت فیبر:
1- مستقیماً از ذوب مواد اولیه فیبر ساخته می شود.
2- از نشست مواد شیمیایی فیبر نوری ساخته می شود.
مشهورترین روشهای در گروه اولی کوره های هم محور می باشد. دو کوره توسط المنت های الکتریکی گرم می شوند. فیبر باید به آرامی توسط هوا خنک شود. در این روش کوره ها را نمی توان بیش از 1000 درجه گرم کرد. فیبرهایی که با این روش ساخته می شوند ارای سیلیسیم- سدیم- پتاسیم (سیلیسات سدیم یا پتاسیم) هستند.

به علت پایین بودن دما در این کوره به این روش نمی توان فیبر مرغوب ساخت. تنها حسن این روش این است که به هر متراژ می توان فیبر تولید کرد و فیبر مستقیماً ساخته می شود. با این روش نمی توان فیبر تدریجی ساخت.
روشهایی که از گروه دوم می باشند شامل:
الف) Modified Chemical Vapor Deposition (M.C.D.V)- بازسازی نشست بخار شیمیایی
ب) Outside Vapor Deposition (O.V.P)
ج) Plasma Chemical Vapor Deposition (P.C.D.V)
د) Vapor Axial Deposition (V.A.D)
در دسته دوم نمی توانیم فیبر را مستقیماً تولید کنیم. اول به صورت پیش سازه تولید می شود پیش سازه ملیه ای است شیشه ای که مواد آن، مواد فیبر نوری می باشد. همچنین ساختمان فیزیکی آن قسمتها با شکل بزرگتر و قطر آن حدود 1تا 5/1 است و طول آن بین 1 تا 5/1 متر می باشد. مواد اول به صورت ترکیبات کلر به صورت مایع بوده که با استفاده از حرارت تا 1500 درجه سانتی گراد کلر از آن جدا شده و ماده ای درست می شود پودری و شیری رنگ. پودرها سپس ذوب شده و تشکیل شبکه جامد داده و به صورت شیشه شفاف در می آید (Prefrom)
فعل و انفعالات شیمیایی مربوط به مغزی:

فعل و انفعالات مربوط به غلاف:

فعل و انفعالات عملیات خشک کردن آب:

کابل سازی یا بسته بندی فیبر (CaBLING):
در ساخت فیبر نوری باید آن را در یک بسته نرم کابل طوری قرار داد که تحت هیچ نوع کشش یا فشار مکانیکی قرار نگیرد. برای به وجود آوردن چنین شرایطی یک روکش ثانویه بر روی روکش اولیه کشیده می شود. دو نوع روکش ثانویه وجود دارد.
1- روکش چسبان Tight: این روکش کاملاً بر روی روکش اولیه می چسبد. جنس آن معمولاً پلی اتیلن می باشد.
2- لوله مثل Loosetube: در این حالت فیبر در داخل این لوله قرار می گیرد و این لوله از جنس پلی استر و یا پلی اتیلن است. برای استحکام کابل از عنصر مقاوم یا عضو کشش استفاده می شود. عنصر مقاوم دارای انواع مختلف است.
1- می تواند به صورت مرکزی باشد:

2- عنصر مقاوم می تواند در اطراف فیبر باشد:

در بین کابلهای ساخته شده در دنیا دو دسته از همه مشهورترند:
1- کانال باز: به صورت یک استوانه پلاستیکی است. دارای شیارهایی در داخل جهت قرار گرفتن فیبر است.
2- کانال بسته: لوزیتیوب از نوع کانال بسته است.
در داخل کابل می توانیم به هر تعداد فیبر قرار دهیم ولی معمولاً تا 12 فیبر با رنگهای مختلف قرار دارد چه در کانال باز چه در کانال بسته.
ژله مورد استفاده در فیبرها از نوع ژله (حساس در مقابل فشار) بوده که با تحت فشار قرارگرفتن به صورت مایع درآمده و در فیبر تزریق می گردند و وقتی که فشار از روی آن برداشته شود به صورت اولیه بر می گردند.
فیبرهایی که در یزد ساخته می شوند:
این نوع کابل کانالی است:

این نوع خاکی کابل فیبر نوری است.

منبع نور:
یکی از عناصر فعال در فیبر نوری است (چون از خود نور تولید می کند) یا تقویت کننده است.
نقش آن، انرژی الکتریکی را دریافت و به انرژی نورانی تبدیل می نماید.
در صنعت سه نوع منبع نور وجود دارد:
1- منابعی که دارای پهنای باند وسیع هستند و چندین مد غیرمحدود دارند و غیرمتمرکز می باشند. (مانند لامپهای معمولی)
2- منابعی که دارای پهنای باند محدود می باشند و چندمدی هستند. (مثل LED)
3- منابع نور با پهنای باند محدود نزدیک به تک مدی (مانند لیزر)
در مخابرات نوری از منابع دسته اول استفاده نمی توان کرد. یک منبع نور باید دارای خصوصیات ویژه ای باشد:
1- از قدرت خروجی کافی برخوردار باشد.
2- شعاع نوری آن در حد لازم باریک باشد.
3- کاملاً تک مدی و یا نزدیک به آن باشد.
لیزر LED هر دو از منابع نیمه هادی می باشند.
مزایای سیستم های انتقال فیبر نوری:
1- ظرفیت بسیار بالا
2- ابعاد کوچک و وزن کم
3- عدم تداخل امواج رادیویی
4- نداشتن همشنوایی و عدم امکان استراق سمع
5- بی خطربودن از نظر القاء یا اتصال به شبکه برق
6- هزینه نصب کمتر به نسبت ظرفیت بالای آن در مقایسه با سیستمهای مشابه
7- کم تاثیربودن در مقابل تغییرات شرایط آب و هوایی

مدولاسیون:
مدولاسیون عبارت است از تغییرات یکی از پارامترهای موج کاربر یا حمل کننده به صورت تابعی از تغییرات سیگنال پیام. لذا این پروسه انواع مختلفی بر حسب اینکه آنالوگ یا دیجیتال باشد، موج کاربر به صورت موج سینوسی با فرکانس زیاد و یا قطار پالس با فرکانس زیاد باشد و اینکه تغییرات کدامیک از پارامترهای موج کاربر تابع سیگنال پیام قرار گیرد، خواهد داشت که در ادامه این مبحث به ذکر انواع مختلف آن و شرح کاملاً مختصری درباره هر یک از آنها از نقطه نظر آشنایی پرداخته و نهایتاً بحث خود را روی PCM که مدولاسیون دیجیتال در باند مبنا می باشد، متمرکز نموده و به صور کامل به شرح آن می پردازیم ولی قبل از هر چیز لازم است مختصری درباره فیلترها به دلیل کاربردشان در PCM صحبت شود.
فیلترها:
فیلتر عبارت است از یک سیستم به منظور عبوردادن و یا عبورندادن باند مشخصی از فرکانس و انواع آن در کل عبارت است از:
1- فیلتر میان گذر
2- فیلتر میان نگذر
3- فیلتر بالاگذر
4- فیلتر پایین گذر
با توجه به اینکه هر سیستم دارای تابع انتقال برای خود می باشد که آن را به H(f) نشان می دهند، تابع انتقال هر یک از فیلترهای ذکرشده در فوق برحسب نوع فیلتر دارای تغییراتی نسبت به فرکانس است که دیاگرامهای آنها در شکل بعد کشیده شده اند.
شکلهای کشیده شده و یا به عبارتی توابع انتاقل رسم شده برای انواع فیلترها در شکل زیر مربوط به فیلترهای ایده آل می باشد. طبق تعریف یک فیلتر ایده آل دارای مشخصه ای بدون اعوجاج انتقال روی یک محدوده فرکانسی مشخص (که نوع فیلتر را مشخص می کند) و پاسخ صفر در بقیه فرکانسها می باشد و همچنین تغییرات فاز ایجاد شده در آن نسبت به فرکانس خطی است.
در همه فیلترهای اشکال زیر، رابطه خط مورب برابر است با: -2ft0

فرکانسهای fl و fu به ترتیب فرکانسهای قطع پایین و بالای فیلتر هستند و پهنای باند فیلتر از رابطه زیر بدست می آید.
B = fu – fl
در عمل فیلترها به این صورت نبوده و تا حدودی نسبتاً زیاد متفاوت با نوع ایده آل خود هستند. طراحی فیلترهای خود مبحث بزرگی است که در صورت علاقه می توان به کتابهای مربوطه از جمله کتاب ون والکنبرگ مراجعه نمود ولی به دلیل نیاز آن در بررسی مسائل PCM شناختی از آن به صورت خلاصه و مفید لازم به نظر می رسد. تغییرات تابع انتقال یک فیلتر میانگذر واقعی نسبت به فرکانس در شکل زیر نشان داده شده است. (برای فرکانسهای مثبت فقط)

نقاط انتهایی باند معمولاً به صورت زیر تعریف می شوند:

یعنی برای کمتر از نباشد که در این حالت پهنای باند پهنای باند نیمه قدرت یا پهنای باند db3 خوانده می شود.
انواع مدولاسیون: انواع مدولاسیون را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد.
آنالوگ

مدولاسیون
موج پیوسته
(C.W Mode)

روشهای مدولاسیون خطی
Lenear Mod Metod

1- مدولاسیون دامنه AM
2- مدولاسیون حذف فرکانس کاریر-بانددوست
DSB-SC
3- مدولاسیون حذف کاریر- باند یک سمت
SSB-SC
4- مدولاسیون باند موثر VSB

روشهای مدولاسیون نهایی
Exponential Mod Metod

1- مدولاسیون فرکانس F.M
2- مدولاسیون فاز P.M

مدولاسیون پالس
Pulse mod

1- مدولاسیون دامنه پالس (PAM) Pulse Amplitude Mod
2- مدولاسیون مدت وجود پالس (PDM) Pulse Duration Mod
3- مدولاسیون موقعیت پالس (PAM) Pulse Position Mod

دیجیتال

1- باند مبنا
P.C.M
Base Band

2- باند گذر
Pass Band

1- اثر تغییرات روی دامنه Amplitude Shift Keying ASK
2- اثر تغییرات روی فاز Amplitude Shift Keying PSK
3- اثر تغییرات روی فرکانس Amplitude Shift Keying FSK
4- Quadrature Amplitude mod

در مدولاسیون آنالوگ، موج مدوله شده نتیجه همان موج کاربر است که یکی از پارامترهای این موج تحت تغییرات سیگنال پیام قرار گرفته و یا به عبارتی تابعی از سیگنال پیام است.
از طرفی موج کاریر نیز ممکن است یک موج سینوسی با فرکانس زیاد بوده و یا اینکه یک قطار پالس با فرکانس بالا باشد، اگر موج کاریر یک موج سینوسی باشد.
موج مدوله نتیجه شده را موج مدوله از سری مدولاسیونهای موج پیوسته یا CWMode می نامند. پارامترهای مدولاسیون موج پیوسته دامنه، فرکانس و فاز می باشد. حال اگر دامنه موج کاریر به صورت تابعی از تغییرات سیگنال پیام باشد، مدولاسیون را مدولاسیون خطی می نامند و چنانچه فرکانس یا فاز کاریر چنین باشد نوع مدولاسیون را مدولاسیون نمایی گفته و برحسب آنکه فرکانس تحت چنین شرایطی باشد و یا فاز، آن را مدولاسیون فرکانس (FM) و یا مدولاسیون فاز (PM) می گویند.
در روس مدولاسیون خطی که دامنه موج کاریر به صورت تابعی از تغییرات سیگنال پیام است مدولاسیون به چند طریق صورت می پذیرد که در زیر به طور کاملاً خلاصه چن کلمه ای در مورد هر یک بیان شده است.
1- مدولاسیون دامنه یا AM:
در این نوع مدولاسیون تابع موج مدوله شده در حوزه زمان به صورت زیر می باشد:

و یا

که در آن X(t) سیگنال پیام و m شاخص مدولاسیون بوده و بایستی مقدار آن بین صفر و یک انتخاب شود. بهترین مقدار m زمانی است که نه خیلی کوچک و نه به یک نزدیک شود.
مقدار اپتیمم برای m برابر است با
در این نوع مدولاسیون پهنای باند انتقال دوبرابر پهنای باند سیگنال پیام است.
مدولاسیون با حذف کاربر باند دو سمت یا DSB-SC:
اگر در رابطه قبل، قدری دقت شود دیده می شود که در سمت دوم رابطه جمله وجود دارد که فاقد هرگونه اثری از سیگنال پیام است لذا می توان آن را حذف نمود که در اثر حذف آن موارد زیر نتیجه می شود:
– بیش از 50% در قدرت انتقال که به همین بخش اختصاص دارد صرفه جویی می گردد.
– با حذف موج کاریر مدار گیرنده ها پیچیده تر می شود یعنی بایستی از آشکارسازیهای همزمان استفاده نمود.
مقایسه ای بین دو مورد فوق نسبت به موقعیت کاربرد بعضی اوقات کاربرد مدولاسیون AM را مناسب می نمایاند (مانند فرستنده و گیرنده های رادیو) و در برخی حالات DSB کاربرد بهتری خواهد داشت.
در این نوع مدولاسیون نیز پهنای باند انتقال دوبرابر پهنای باند سیگنال پیام است.
مدولاسیون با حذف کاریر باند یک سمت یا SSB-SC:
اگر در مدولاسیونهای خطی، طیف سیگنال پیام و طیف سیگنال مدوله شده را با هم مقایسه کنیم، دیده می شود که در حقیقت طیف سیگنال مدوله شده همان طیف سیگنال پیام است که به فرکانس کاریر انتقال پیدا نموده و در دو طرف آن با تقارن محوری قرار می گیرد.
لذا دلیل دوبرابر بودن پهنای باند انتقال نسبت به پهنای باند سیگنال پیام نیز همین است. چنانچه ما یکی از باندها (پایینی و بالایی) را حذف کنیم و تنها یک باند را انتقال دهیم، مدولاسیون SSB-SC خواهیم داشت. در این حالت پهنای باند انتقال برابر پهنای باند سیگنال پیام بوده ولی مدارات آنها پیچیده تر خواهند شد. لذا مقایسه ای بین کاهش قدرت انتقال و پهنای باند که در مورد پهنای باند امکان داشتن تعداد کانال بیشتر در یک باند مشخص فرکانس جهت مالتی پلکسینگ نیز می گردد.
از یک طرف و از طرف دیگر پیچیده تر شدن سیستم را در پی خواهد داشت.
مدولاسیون باند موثر یا VSB:
گفتیم برای صرفه جویی در پهنای باند می توان از SSB-SC استفاده کرد. اما سیستمهای عملی SSB-SC دارای پاسخ ضعیفی برای فرکانس های پایین هستند.
از طرف دیگر DSB به صورتی کاملاً خوب برای فرکانسهای پیام پایین کار می کند ولی پهنای باند انتقال آن دوبرابر پهنای باند انتقال SSB-SC هست. لذا مصالحه ای بین این دو باعث به وجود آمدن VSB است که کاربرد خوبی برای تصویر تلویزیون و … دارد.
مدولاسیون پالس:
چنانچه کاریر به صورت موج پیوسته نبوده و شامل یک قطار پالس با فرکانس زیاد باشد مدولاسیون حاصل از مدولاسیون پالس گویند که در این نوع مدولاسیون بر حسب آنکه کدامیک از پارامترهای کاریر به صورت تابعی از تغییرات سیگنال پیام باشد نمونه های مختلفی را از این نوع مدولاسیون خواهیم داشت که به قرار زیر هستند.
مدولاسیون دامنه پالس PAM:
یعنی دامنه پالس به صورت تابعی از تغییرات سیگنال پیام است. در حقیقت در زمانهای مشخص و معین (برحسب فرکانس قطار پالس) از دامنه سیگنال پیام نمونه برداری شده است. از آنجایی که برای PCM نیز ابتدا همین عمل انجام شده و سپس نمونه ها کدبندی گردیده و اندازه های آنها به صورت اعداد باینری ارسال خواهد شد. لذا متعاقباً در مورد نمونه برداری و مسائل مربوط به آن به طور کامل شرح داده خواهد شد.
مدولاسیون مدت وجود پالس PDM:
در این نوع مدولاسیون مدت وجود پالس به صورت تابعی از تغییرات سیگنال پیام خواهد بود.
مدولاسیون موقعیت پالس PPM:
در این نوع مدولاسیون موقعیت پالس به صورت تابعی از تغییرات سیگنال پیام می باشد. شکل زیر نمونه مدولاسیونهای PAM و PDM و PPM را نشان می دهند.

مدولاسیون دیجیتال:
در این نوع مدولاسیون سیگنال پیام به صورت دیجیتال است. این نوع مدولاسیون شامل دو بخش می شود. باند گذر و باند مبنا
در باند مبنا سیگنال آنالوگ به صورت سیگنال دیجیتال در می آید که همان مدولاسیون PCM است و متعاقباً شرح داده خواهد شد.
در باند گذر که معمولاً مورد کاربرد انتقال راه دور است از کاریر موج پیوسته (موج سینوسی) استفاده شده و پیام دیجیتال توسط آن حمل می گردد. لذا در این حالت نیز همانند قبل بر حسب آنکه دامنه، فرکانس یا فاز کاریر به صورت تابعی از تغییرات سیگنال پیام قرار گیرد (که در این حالت دیجیتال تغییرات دو حالت دارد یا صفر و یا یک است) آن را مدولاسیون ASK، FSK و PSK می گویند. البته این نوع مدولاسیونها هر یک انواع مختلفی داشته که خارج از بحث این جزوه بوده و صرفاً جهت آشنایی نمونه هایی از موج مدوله شده دیجیتال در زیر رسم شده است:

نمونه برداری و مدولاسیون پالس:
عموماً اطلاعاتی را که به صورت تجربه بدست می آید و با توابع ریاضی را به صورت منحنی های پیوسته نشان می دهند به عنوان مثال چنانچه خواسته باشیم نمونه برداری را رسم نماییم تعدادی از نقاط آن را بدست آورده و در صورتی که فاصله این نقاط به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک باشند از متصل نمودن آنها به یکدیگر منحنی درستی برای ما بدست خواهد آمد.
همین عمل را می توان برای یک سیگنال الکتریکی انجام داد بدین صورت که از روی مجموعه مناسبی از نمونه های لحظه ای آن که در دست می باشد آن را بازسازی نمود لذا نمونه برداری از سیگنال پیام و ارسال آن، انتقال پیام را به صورت مدولاسیون پالسی به جای مدولاسیون موج پیوسته امکان پذیر می سازد. عموماً پالسها در مقایسه با زمان بین آنها کاملاً کوتاه هستند و بنابراین یک موج مدوله شده پالسی در اکثر مواقع منقطع می باشد.
از مزایای این نوع مدولاسیون یکی امکان انتخاب وسایلی چون لیزرها و لامپ های مایکروویو قوی که تنها براساس حالت پالس شده کار می کنند بوده و دوم اینکه امکان مالتی پلکس کردن آن به صورت تقسیم زمان (TDM) به دلیل وجود فاصله آزاد بین پالسها می باشد.
اما عیب اصلی این نوع مدولاسیون نیاز آن به پهنای باند انتقال بیشتر در مقایسه با پهنای باند پیام است. لذا به دلیل این عیب یادشده در فوق این نوع مدولاسیون به صورت آنالوگ مورد استفاده مفیدی ندارد.
مدولاسیون باند مبنای یا همان PCM که اساس کار آن از مدولاسیون پالسی مشتق شده است دارای مزایای اضافی است که می تواند پهنای باند افزوده شده را جبارن کرده و در مجموع مفید واقع گردد. شرح چگونگی نمونه برداری از سیگنال پیام که اولین مرحله پس از فیلترکردن سیگنال پیام در تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال (PCM) بوده در زیر آمده است:
نمونه برداری چاپر:
شکل زیر را در نظر می گیریم، سوئیچ S به طور متناسب و با فرکانس 1/Ts هرتز بین دو نقطه اتصال A و B رفت و آمد می کند. بدین صورت که روی نقطه اتصال A مربوط به سیگنال ورودی به مدت  ثانیه باقی مانده و بقیه زمان یک پریود Ts را روی نقطه اتصال B برای اتصال به زمین قرار می گیرد.

بنابر این خروجی XS(t) شامل قسمت کوتاهی از X(t) خواهد بود که در شکل بالا نشان داده شده است.
سوالی که اینک وجود دارد این است که آیا قسمتهای نمونه برداری شده برای تشریح سیگنال ورودی اصلی کفایت می کند؟ و اگر چنین است چگونه می توان X(t) را دوباره از XS(t) بدست آورد. برای رسیدن به جواب بایستی به حوزه فرکانس رفته و جواب را در آنجا جستجو کنیم.
برای رفتن به حوزه فرکانس و پیداکردن طیف، ابتدا بایستی عمل سوئیچینگ را به صورت تابعی مانند S(t) معرفی نموده به طوری که داشته باشیم:
XS(t) = X(t) . S(t)
رابطه فوق نشان می دهد که عمل نمونه برداری به ضریب S(t) در X(t) تبدیل شده و S(t) چیزی به جز یک قطار پالس پریودیک نمی باشد.

تابع پریودیک S(t) را در قسمتهای گذشته برای رسم طیف آن با استفاده از سری فوریه آن را به صورت جملاتی از سینوس و کسینوس درآوردیم. نتیجه محاسبات با مراجعه به قسمت مزبور به صورت زیر می باشد:

و یا می توان رابطه فوق را به این صورت نوشت:

که در رابطه فوق و و می باشد که بود.
با ترکیب معادلات 2 و 1 خواهیم داشت:

بنابراین اگر طیف پیام ورودی x(f) باشد در آن صورت طیف خروجی خواهد شد:

که با استفاده از خواص تابع دلتای ایمپالس و خاصیت جابجایی فرکانسی تبدیل فوریه بدست آمده است.
اگر طیف پیام x(f) دارای شکل زیر (اولی) باشد، طیف سیگنال نمونه برداری شده xs(f) که از رابطه 4 ناشی می گردد دارای شکل زیر (دومی) خواهد بود. بدین شرط که باشد. این شکل پدیده کاملاً مهمی را برای ما آشکار می سازد یعنی برای انکه در عمل نمونه برداری طیف پیام دست نخورده باقی مانده و تنها به طور متناوب در حوزه فرکانس با فاصله fS تکرار شود بایستی حتماً باشد که  پهنای باند سیگنال پیام بوده و x(t) یک سیگنال پایین گذر می باشد.

چرا که اگر باشد شکل ؟ حاصل می شود و این شکل شباهتی به طیف سیگنال پیام ندارد. همچنین دیده می شود که ترم اول معادله 4 طیف سیگنال پیام است که با سیکل کار تضعیف شده است. اگر پالسهای به کار رفته برای نمونه برداری به اندازه کافی باریک باشند کافی است که با یک فیلتر پایین گذر طیف مربوط به اولین ترم رابطه 4 را جدا نمود. مشروط بر آنکه باندهای جانبی روی هم نیافتند و برای اینکه باندهای جانبی روی هم نیافتند اولاً بایستی سیگنال پیام دارای باند محدود باشد و ثانیاً فرکانس نمونه برداری بزرگتر یا مساوی دو برابر این باند محدود باشد.
مینیمم فرکانس نمونه برداری یعنی فرکانس نایکوئیست خوانده می شود. در حالتی که باشد یک باند اطمینان بین طیف اصلی و طیف هارمونیک ها وجود خواهد داشت که در آن منطقه کاربرد یک فیلتر واقعی را ممکن می سازد. لذا می توان گفت که اگر از سیگنال پیام در فرکانس بیشتر از فرکانس نایکوئیست نمونه برداری شود آن را می توان به طور کامل از موج نمونه برداری شده بازسازی کرد.
در خاتمه بایستی ذکر شود که نتایج بدست آمده مستقل از مدت وجود پالس نمونه () بوده مگر زمانی که در سیکل کار ظاهر شود. اگر  خیلی کوچک شود xs(t) به یک رشته از نقاط نمونه لحظه ای نزدیک خواهد شد که نظیر نمونه برداری ایده آل است.
شرح این نمونه برداری در زیر آمده است:
نمونه برداری ایده آل:
عبارت است از نمونه برداری لحظه ای، زمانی که به وسیله سوئیچینگ شکل ؟ مقدار 0 میل کند آنگاه نمونه برداری به صورت لحظه ای انجام شده و در این حالت fS0 و xS(t)0 نیز میل خواهد کرد. در نتیجه با ضرب کردن مقدار
نمونه برداری عملی و آلیاسینگ:
سیستمهای نمونه برداری عملی یا واقعی از سه هت با نوع ایده آل تفاوت دارند:
1- موجهای نمونه برداری شده شامل پالسهایی است که ایمپالس نیستند و یا به عبارتی دارای دامنه و پهنای محدود هستند.
2- فیلترهای بازسازی واقعی فیلترهای ایده آل نیستند.
3- پیامهایی که قرار است نمونه برداری شود عبارت است از سیگنالهایی که طیف آن نه باند محدود دارد و نه می تواند داشته باشد.
دو مورد اول ممکن است باعث مشکلات کوچک شود ولی حالت سوم بر اثر پردردسری به نام آلیاسینگ ختم می شود.
با توجه به آنچه در مورد نمونه برداری گذشت معلوم گردید که نمونه برداری حاصلضرب برای هر پالس کافی است.
به دلیل فیلترهای بازسازی کننده واقعی که با نوع ایده آل خود متفاوت هستند نتیجه کار فیلتر شامل به علاوه مولفه های فرکانس ساختگی بوده زیرا و خارج از باند پیام است. در سیستمهای صوتی این مولفه ها مانند هیس فرکانس بالا یا نویز به نظر می رسد.

به هر حال اینها به اندازه کافی تضعیف می شوند به طوری که برای در می توان به این مشکل غلبه کرد. به طوری که در عین حال که 0 می رود و موج نمونه برداری شده شامل یک قطار از ایمپالس ها که مساحت آنها با مقادیر نمونه برداری لحظه ای سیگنال ورودی برابر است تبدلی می شود، لذا در چنین حالتی طیف مزبور در حوزه فرکانس و برای شامل یک سری از طیف سیگنال پیام بوده که به یک اندازه و به طور پریودیک تکرار می شوند یعنی منحنی پوشش آنها در شکل ؟ به صورت تابع سینگ با فاصله زیاد بین نقاط تلاقی آن با محور افقی می باشد به صورت خط مستقیم موازی محور فرکانس در خواهد آمد. از آنجایی که برای منظور ما تنها جداکردن ترم اول معادله از طریق یک فیلتر پایین گذر است (به نمونه برداری چاپر مراجعه شود) و این ترم در حالت نمونه برداری حقیقی و با انتخاب  به اندازه کافی کوچک یا نمونه برداری ایده آل چندان تفاوتی ندارد.

لذا در این جا نیازی به شرح و بدست آوردن روابط مربوطه در مورد نمونه برداری ایده آل به نظر نمی رسد و صرفاً داشتن اطلاعاتی مختصر در مورد چگونگی آن به صورتی که در فوق ذکر شد کافی است.
برابر صفر و برای پیام اثر این نویز را کاسته و آن را به صورت قابل تحمل در می آورد. نتیجه اینکه اگر یک فیلتر دقیق طرح شده و یک باند محافظه کار اند که با فرض در نظر گرفته شده باشد بازسازی عملی تقریباً مساوی بازسازی ایده آل خواهد بود.
چنانچه به دلایلی فرکانس بالای  کوچک و یا انتقال آن برای منظور ما بی اهمیت باشد ممکن است طیف پیامی مانند شکل زیر به عنوان یک طیف باند محدود به حساب آید.

زمانی که از چنین پیامی نمونه برداری می شود، رویهم افتادگی اجتناب ناپذیری از مولفه های طیفی نشان داده شده در شکل قبل وجود خواهد داشت.
در بازسازی فرکانسهایی که اساساً خارج از باند اسمی بوده اند در خروجی فیلتر به صورت فرکانسهای بسیار پایین تر ظاهر می شوند. با نگاه به شکل ؟ دیده می شود به تبدیل می شود.
این پدیده تبدیل فرکانس نزولی هر موقعی که یک مولفه فرکانس زیر نمونه برداری شد به وقوع می پیوندد به طوری که و آن را آلیاسینگ می نامند. اثر آلیاسینگ بسیار جدی تر از فرکانسهای ساختگی عبوری از فیلترهای بازسازی غیرایده آل می باشد زیرا که دومی در خارج از باند پیام رخ می دهد در حالی که مولفه های آلیاسینگ در داخل باند پیام قرار می گیرند. مبارزه با آلیاسینگ می توانند از طریق فیلترکردن تا حد ممکن پیام قبل از نمونه برداری و همینطور نمونه برداری در مقداری بیش از نرخ نایکوئیست اسمی انجام شود در مورد مکالمات تلفنی می توانیم که طیف صوت کاملاً به مقداری بیش از KHz10 گسترش می یابد ولی از آنجایی که بیشتر انرژی در محدوده فرکانسهای پایین (تا 600 هرتز) متمرکز بوده و برای مفهوم بودن کلمات پهنای باند 3 کیلوهرتز کفایت می کند و اینکه باند فرکانس مکالمه از طرف CCITT بین 3400-300 هرتز برابر1/3 کیلوهرتز استاندارد شده است.
اگر یک موج صوتی توسط یک فیلتر میان گذر KHz4/3-3/0 پیش فیلتر شده و توسط فرکانس نمونه برداری fS = 5KHz (که آن نیز از سوی CCITT پیشنهاد شده است) نمونه برداری گردد مولفه های آلایز شده سی دسی بل (db30) پایین سیگنال مورد نظر می باشند و شنونده متوجه آنها نمی شود.
نمونه برداری بالا مسطح یا نگهداری نمونه:
گرچه موچ PAM می تواند از مدار چاپی بدست آید ولی روشی که بیشتر مورد استفاده دارد تکنیک نمونه برداری و نگهداری نمونه است خصوصاً در PCM پس از برداشتن نمونه از سیگنال پیام که به صورت لحظه ای است بایستی آن را تا انتهای عملیات کوانتیزه کردن نگهداری نمود برای این نوع نمونه برداری معمولاً از مدار شکل زیر که شامل دو ترانزیستور FET است استفاده می کنند. پالس G1 در ترانزیستور FET اول باعث برداشتن نمونه لحظه ای از سیگنال x(t) شده و پالس G2 در ترانزیستور FET دوم باعث از بین رفتن این نمونه می گردد. در فاصله زمانی بین این دو پالس نمونه در پلاکهای خازن C نگهداری می شود.

PCM = Pulse Code Modulation
با توجه به مطالبی که تاکنون ذکر شد اینک موقع آن رسیده است که شرح چگونگی عملیات مربوط به PCM یا مدولاسیون پالس کندبندی شده را به طور کامل با تبدیل کننده های آنالوگ به دیجیتات و دیجیتال به آنالوگ مربوط به ابتدا و انتهای مسیر انتقال مورد ملاحظه قرار گیرد.
زمانی که احتمال اشتباه دیجیتال به اندازه کافی کوچک باشد کیفیت اجرای آن به صورت یک سیستم ارتباطی آنالوگ است که بستگی به نویز کوانتیزه شدن مربوط به تبدیل کننده ها دارد. ولی به هر حال مزایایی نسبت به انتقال آنالوگ دارد از جمله کاربرد کامل IC در مدار که باعث ارزانتربودن و مطمئن بودن آن نسبت به سیستم های آنالوگی است و همچنین نسبت به نویز مقاوم و با کاربرد بازسازی کننده ها در بین راه به جای تقویت کننده های به ما اجازه می دهد که این سیگنال در مسافتهای زیاد بدون افزایش اعوجاج انتقال پیدا کند. جهت بازشدن بیشتر مطلب شکل زیر را مورد ملاحظه قرار می دهیم.

پارامترهای q، M و  بایستی طوری انتخاب شوند که کیفیت متقاعد کننده ای را در سیستم ارائه دهند.
شماره سطوح کوانتیزه برای PCM باینری معادل توانی از 2 است به صورت زیر:
q = 2
در نهایت کلمات کدشده پارالل در قسمت بعد قسمت سری شده و با سرعت r = fs دیجیت در ثانیه خارج شده و تشکیل شک موج PCM را می دهند. لذا وجود آورنده PCM به صورت یک ADC (تبدیل کننده آنالوگ به دیجیتال) در فرکانس نمونه برداری عمل می کند.
هرچقدر q بزرگتر باشد کوانتیزه کردن بهتر انجام شده و سیگنال اصلی پیام از PCM با کیفیت بهتر در دریافت کننده بدست می آید لذا نیاز است که q>>1 باشد ولی این عمل سبب اضافه شدن پهنای باند خواهد شد.
اکنون دریافت کننده PCM را برای دوباره سازی سیگنال پیام یعنی بدست آوردن آن از سیگنال PCM در شکل زیر مورد ملاحظه قرار می دهیم:

مطابق شکل دیده می شود که ورودی مدار، سیگنال آنالوگ x(t) از یک فیلتر پایین گذر با پهنای باند  عبور کرده و در قسمت بعد از آن نمونه برداری می شود تا X(kts) فراهم شود (TS پریود نمونه برداری fS فرکانس آن می باشد) و در بخش بعدی یک کوانتیزه کننده اندازه نمونه ها را با سطوح کوانتیزه جدا از هم استاندارد مقایسه نموده و نزدیک ترین سطح کوانتیزه را به مقدار نمونه انتخاب و اندازه آن را به عنوان اندازه نمونه مشخص می کند.
نمونه های کوانتیزه شده نتیجه X(kts) در زمانهای جدا از هم (به دلیل خاصیت نمونه برداری) و در دامنه های جدا از هم (به خاطر خاصیت کوانتیزه کردن) قرار می گیرند.
برای درک بهتر مطلب و نشان دادن ارتباط بین X(kts) و Xq(kts) فرض می کنیم پیام آنالوگ به صورت یک ولتاژ موجی شکل نرمال شده به صورت باشد. کوانتیزه کردن یکسان، دو ولت را (از 1- ولت تا 1+ ولت) را تقسیم به q قسمت معادل نمونه بنابراین اندازه هر قسمت خواهد بود.
در این حالت سطوح کوانتیزه عبارتند از:

در این جا فرض این است که q عدد صحیح بوده و لذا اندازه ای ازXq(kts) به عنوان مثال برابر نشانگر اندازه ای از هر نمونه ای است که مقدار آن بین و باشد یعنی:

قسمت بعدی کندکننده است. بدین معنی که اندازه معین شدن برای هر نمونه را در بخش کوانتیزه کردن تبدیل به کلمه های کدشده دیجیتال می کند. این کدکننده با مبنای M کار می کند و برای هر نمونه یک کلمه کدشده که شامل  دیجیت کنار هم است معرفی می نماید، رابطه بین پارامترهای M،  و q بایستی به صورت زیر باشد:
 = LnMq یا q = M
سیگنال دریافت شده ممکن است شامل نویز باشد. لذا نتیجه بازسازی برای بدست آوردن یک موج تقریباً بدون اشتباه و تمیز زمانی است که نسبت به اندازه کافی بزرگ باشد. عملیات DAC (تبدیل دیجیتال به آنالوگ) شامل بازسازی سیگنال و تا حدامکان از بین بردن نویز، تبدیل سری به پارالل، دکه کردن، تعیین نمونه ها و تولید موج آنالوگ Xq(t) و فیلتر پایین گذر می باشد، موج آنالوگ Xq(t) شکل پله ای دارد و تقریبی از X(t) است و فیلتر پایین گذر از Xq(t) منحنی صاف و هموار را در خروجی تولید می کند.
این موج با موج اصلی X(t) متفاوت است زیرا که نمونه های ساخته شده فعلی متفاوت با نمونه های حقیقی است. بنابراین بازسازی پیام در PCM غیرممکن است حتی اگر نویز اتفاقی هم اثری نداشته باشد، عملیات ADC در فرستنده با اشتباهات دائمی همراه است که در گیرنده به صورت نویز کوانتیزه در بازسازی پیام ظاهر می گردد. اجازه دهید فعلاً یک مثال بزنیم، ضمن اینکه در مثال تا حدودی با این نویز آشنا خواهید شد و سپس از آن نویز کوانتیزه را مورد مطالعه کامل قرار دهیم تا ببینیم چگونه می توان آن را به مقدار قابل قبور رساند:
مثال:
فرض می کنیم می خواهیم یک سیستم PCM باینری بسازیم با تعداد سطوح کوانتیزه q = 8 لذا  = Log28 = 3 یعنی هر کلمه از سه بیت تشکیل شده است در شکل ؟ برای هشت سطح کوانتیزه دو طریق کدکردن در مبنای باینری لیست شده است. در کد بندی معمولی، کلمات کدشده از 000 برای پایین ترین سطح شروع می شوند و بالاترین کد 111 برای بالاترین سطح در نظر گرفته می شود. در نوع دیگر کدبندی که به نام اهمیت علامت معروف است، اولین بیت از سمت چپ که پراهمیت ترین بیت در کلمه کد است برای مشخص شدن علامت به کار می رود و دو بیت بعدی مقادیر سطوح را در هر بخش (علامت مثبت و منفی) مشخص می کنند.
به هر حال انواع دیگری از کدبندی های نیز ممکن است مورد استفاده قرار گیرند.
اهمیت علامت
معمولی

b0
b1
b2
b0
b1
b2
Xq(t)
1
1
1
1
1
1
7.8
0
1
1
0
1
1
5.8
1
0
1
1
0
1
3.8
0
0
1
0
0
1
1.8
0
0
0
1
1
0
-1.8
1
0
0
0
1
0
-3.8
0
1
0
1
0
0
-5.8
1
1
0
0
0
0
-7.8

مدار مستقیم تبدیل ADC برای کدبندی به روش اهمیت علامت در شکل ؟ نشان داده شده است. مدار شامل یک مقایسه کننده برای بیت مربوط به علامت و سه مقایسه کننده پارالل دیگر جهت بیت های بعدی به علاوه یک مدار لاجیک، فرض می کنیم سیگنال شکل ؟ را داریم و می خواهیم آن را به صورت PCM درآورده و ارسال نماییم. PCM را باینری انتخاب نموده و تنها هشت نمونه برداشته شده از سیگنال شکل مزبور را می خواهیم ارسال نماییم.

با توجه به مقدار ولتاژ هر نمونه و مقایسه آن با جدول شکل ؟ مقدار سطح کوانتیزه مربوط به آن و کد مربوطه با روش کدبندی اهمیت علامت نتیجه به صورت جدول ؟ خواهد شد.
کد
ولتاژ نمونه
کدشده
ولتاژ واقعی
نمونه
0
1
1
0.625
0.66
1
1
1
0.875
0.8
1
1
1
0.875
0.9
1
1
1
0.875
0.9
0
1
1
0.625
0.69
0
0
0
-0.125
-0.1
1
1
0
-0.875
-0.76
0
1
0
-0.625
-0.74

و سری کلمه های کدشده برای ارسال در خط انتقال به صورت زیر پشت سر هم قرار خواهند گرفت:
(110) (111) (111) (111) (110) (000) (011) (010)

در سمت دریافت مداری همانند مدار شکل ؟ که یک دکدکننده مقاومتی است وجود دارد این دکدکننده که در این شکل نشان داده شده است سه بیتی بوده و با کدبندی اهمیت علامت کار می کند. بیت علامت روی یک سوئیچ انتخاب کننده علامت ولتاژ اثر گذاشته و در همان لحظه بیتهای دیگر (تعیین مقدار) مقاومتی را کنترل کرده تا به ولتاژ مبنا اتصال داده شده باشند. مجموعه مدار به صورت یک برگه دامنه با ولتاژ خروجی می باشد.

مقادیری را که دکدکنده نمونه سازی می کند براساس مقدار سطوح کوانتیزه کردن است و نه مقدار حقیقی آن لذا با مقدار حقیقی متفاوت بوده که باعث بوجود آمدن نویز می شود که این نویز را نویز مربوط به کوانتیزه کردن یا نویز کوانتیزه می نامند.
اندازه نمونه های ساخته شده مربوط به این مثال در دکدکننده به صورتی است کهدر زیر آمده، لذا با توجه به اینکه مقدار حقیقی هر یک نیز بالای آن نوشته شده است می توان تغییرات را دید:
نمونه
چهارم
نمونه
سوم
نمونه
دوم
نمونه
اول

0.9
0.9
0.8
0.68
مقدار حقیقی نمونه
0.875
0.875
0.875
0.625
مقدار نمونه بعد از دکودکردن
در دریافت کننده

2- چنانچه در مساله فوق سه نمونه داشته باشیم که به ترتیب دارای پتانسیل 51/0 ولت، 65/0 ولت و 7/0 ولت باشند، مطلوب است کلمه کدشده باینری مربوط به هر نمونه.
3- در مساله 2 مقدار اشتباه را برای نمونه های داده شده در گیرنده مشخص نمایید.
4- مسائل یک و دو و سه را برای حالتی که حداکثر ولتاژ نمونه ها 5+ ولت و حداقل برابر 5- ولت بوده و تعداد سطوح کوانتیزه مجموعاً شصت و چهار سطح باشند حل نموده و نتایج را با نتایج بدست آمده در مسائل قبلی مقایسه نمایید.
5- یک دکدکننده چهاربیتی طراحی کنید.
6- یک کنندکننده چهاربیتی طراحی کنید.
7- مدار لاجیک را برای کدکننده سه بیتی شکل ؟ با استفاده از گیتهای شناخته شده دیجیتال طراحی کنید.
نویز کوانتیزه یا اعوجاج کوانتیزه:
همانطور که قبلاً نیز بیان شد در کوانتیزه کردن مقدار واقعی ولتاژ سیگنال در گیرنده ساخته نشده بلکه میانگین محدود مربطو به هر سطح کوانتیزه و یا به عبارتی ولتاژ نزدیک ترین سطح کوانتیزه به نمونه مزبور به عنوان ولتاژ سطح کوانتیزه و به جای ولتاژ هر نمونه ای که در آن محدوده قرار گرفته شده باشد تلقی خواهد شد.
در شکل ؟ سطوح کوانتیزه، محدوده هر سطح کوانتیزه، منحنی کوانتیزه q(t) و سیگنال مورد نظر نشان داده شده است. سیگنال اشتباه e(t) اختلاف دو سیگنال واقعی s(t) و سیگنال کوانتیزه شده q(t) می باشد. در هر لحظه سیگنال اشتباه مقدار اشتباهی را نشان می دهد که توسط کوانتیزه کردن بوجود می آید و به صورت منحنی دندانه اره ای می باشد. این منحنی در شکل ؟ نشان داده شده است. مقدار قدرت این سیگنال اشتباه را که به نویز کوانتیزه با اعوجاج کوانتیزه مشهور است می توان به صورت زیر حساب کرد:

از طرفی می باشد. (ضریب زاویه خط e(t)) پس:

مهندسی سیستمهای انتقال، عموماً با نسبت سیگنال به نویز سر و کار داشته تا هر روش و یا راه دیگری، نسبت سیگنال به نویز توسط سطح قدرت سیگنالی است که نویز را افزایش داده است و بر حسب بررسی های انجام شده روی نمونه های انتقال دهنده هر کدام نیاز به یک مینیمم نسبت سیگنال به نویز برای متقاعدنمودن مشترک داشته و یا اینکه دریافت کننده دستگاه انتهایی در محدوده یک میزان معین استاندارد شده می تواند کار کند.
به عنوان مثال این نسبت برای صدا حداقل db30 می باشد.
در شکل ؟ مقدار دامنه سیگنال برابر چهار مرحله کوانتیزه کرد می باشد لذا اگر این سیگنال سینوسی فرض شود، تابع آن عبارت است از که متوسط قدرت این سیگنال مطابق آنچه قبلاً محاسبه شده چنین حساب می شود.

و نهایتاً متوسط نسبت سیگنال به نویز کوانتیزه برای نمونه های برداشته شده برابر خواهد بود با:

و برحسب واحد لگاریتیم آن یعنی دسی بل:

اما نمونه های برداشته شده از سیگنال آنالوگ ممکن است اندازه های مختلفی داشته باشد. لذا فرض می کنیم یک سیگنال در حالت کلی دارای دامنه A و مقدار ماکزیمم آن یعنی Amax است. این سیگنال به ورودی یک سیستم PCM که  بیتی است وارد می شود خواهیم داشت:

قدرت سیگنال

سیگنال

قدرت نویز
کوانتیزه

نویز
یا

سیگنال

نویز

که در رابطه قبل قدرت متوسط سیگنال برابر و قدرت متوسط نویز کوانتیزه برابر همانطور که در قبل بدست آمد در نظر گرفته شده است و همینطور q تعداد سطوح کوانتیزه که چنانچه هر سطح کوانتیزه به  بیت نیاز داشته باشد تا کد گردد خواهد بود. مقدار  از شکل ؟ نتیجه می شود که برابر است با:

رابطه یک را می توان به صورت زیر ساده کرد:

چون عموماً مقدار بر حسب db بیان می شود، پس:

و یا به صورت ساده تر:

رابطه بالا نشان می دهد که برای یک مقدار حداقل از استاندارد شده به ازاء تغییرات A مقادیر مختلفی را برای  خواهیم داشت. به عنوام مثال اگر باشد یعنی بزرگترین نمونه ها را خواسته باشیم کد کنیم برای مقدار حداقل که در مورد کلمه تلفین db30 می باشد بایستی 5= انتخاب شود یا کلمات کدشده پنج رقمی باشند و چنانچه کدکردن برای نمونه های خیلی کوچک مثلاً نمونه هایی که اندازه دامنه آنها 1000 برابر کوچکتر از بزرگترین نمونه ها باشند و برای همان مکالمه تلفنی بایستی 15= انتخاب شود.
اگر  کوچک انتخاب شود سیگنالهایی با دامنه کم شدیداً دچار اعوجاج می شوند و اگر بزرگ انتخاب شوند در حالی که پهنای باند افزایش می یابد سیگنالهایی با دامنه زیاد دارای نسبت خیلی بیشتر از 30 دسی بل خواهند بود که خیلی بهتر از شرایط استاندارد است ولی در مقابل افزایش پهنای باند مقرون به صرفه نیست.
برای رفع این نقیضه بایستی کوانتیزه کردن غیریکسان انجام داد یعنی برای دامنه های کم نویز کوانتیزه کردن را کم و برای دامنه های زیاد نویز کوانتیزه کردن را زیادتر انتخاب نمود تا در شرایط اپتیمم کوانتیزه کردن انجام شود قبل از این عمل بایستی شناخت بهتری از سیگنال پیام داشته باشیم که در ادامه ضمن بررسی تابع دانسیته احتمال سیگنال پیام به روش کوانتیزه کردن غیریکسان و در نهایت به استفاده از روشهای کامپندینگ و اکسپندینگ می پردازیم.
کوانتیزه کردن غیریکسان و کامپنزینگ:
یک سیگنال معمولی x(t) با قله های زیاد می تواند توسط تابع دانسیته احتمال Px(x) که آن را به طور خلاصه PDF می نامند به صورتی که در شکل بعد آمده است، معرفی شود. همانطور که در شکل ملاحظه می شود تابع مزبور دارای تقارن محوری بوده و و همچنین :

می باشد. نتیجه این انتگرال خواهد بود زیرا که تابع دانسیته احتمال دارای پیک در x = 0 می باشد.

همینطور شکلPx(x) نشان می دهد که در غالب اوقات می باشد. به عنوان مثال در مکالمات تلفنی 85% فرکانسها به طور تقریب دارای دامنه پایین و حدود 15% آنها دارای دامنه بالا هستند. بنابراین فکر خوبی خواهد بود اگر کوانتیزه کردن غیریکسان به کار رود. در این احلت سطوح کوانتیزه در حوالی x = 0 نزدیک به هم و دارای فاصله برای مقادیر بزرگ x(t) هستند.
نویز کوانتیزه را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:
یک مقداز از x = x(KTS) را برای نمونه های در محدوده ai<x<bi و اطراف سطح کوانتیزه xi مورد ملاحظه قرار می دهیم، خطای کوانتیزه کردن در اینجا Ei = xi – x خواهد بود که دارای مقدار متوسط مجذوری برابر با مقدار زیر است:

مقدار فوق برای نویز کوانتیزه مربوط به سطح کوانتیزه i است، مقدار برای تمامی سطوح کوانتیزه به صورت زیر حساب می شود:

در حالت معمولی یا عموماً q>>1 و لذا به اندازه کافی کوچک است به طوری که می توان برای محدوده هر انتگرال گرفته و xi تقریباً در وسط هر مرحله قرار گیرد. در چنین حالاتی رابطه 1 به صورت زیر درخواهد آمد:

لذا می توان کیفیت PCM را به بهترین حالت خود با پیدا کردن مقدار xi و ai و bi رساند که نتیجه اش رسیدن نویز کوانتیزه کردن به حداقل مقدار خودش است.
چنین عملیاتی مشکل است زیرا نیاز به دانستن دقیق تابع دانسیته احتمال سیگنال داشته و همچنین مخارج مورد نیاز جهت ساخت کوانتیزه کردن غیریکسان خیلی بیشتر از آن کوانتیزه کردن یکسان است، بنابراین جهت مقابله با مسائل عنوان شده در عمل کوانتیزه کردن یکسان بعد از عمل فشردن غیرخطی سیگنال انجام می شود. مشخصه های بهم فشردگی از روی مطالعات تجربی روی سیگنال ها نمونه ای تعیین می شوند.
شکل زیر طرح یک منحنی z(x) فشرده کننده را برای 0x1 نشان می دهد. تمامی منحنی یک تقارن مرکزی داشته یعنی z(x) = -z(|x|) برای -1x0 است. در اینجا

کوانتیزه کردن یکسان z(x) یعنی کوانتیزه کردن غیریکسان x، اعوجاج غیرخطی به وسیله فشرده کننده بوجود می آید که بعداً توسط توسعه دهنده بعد از بازسازی مجدد سیگنال از بین می رود نسبت سیگنال به نویز برای فشرده کننده PCM چنین است:

که همانی است که توسط رابطه 2 پیدا می شود.
فشرده کننده های A-law و µ-law:
در عمل دو نوع فشرده کننده مشخص که توسط CCITT تعریف و پیشنهاد شده است به کار می رود A-law و µ-law که µ بیشتر در کشورهای آمریکا، کانادا، ژاپن و… به کار می رود و A در کشورهای اروپایی مورد استفاده دارد. کشور ما نیز از PCM هایی که از قانون A پیروی می کنند استفاده می نماید.
در قانون A فشرده کننده از روابط زیر پیروی می کنند:

در µ-law نیز فشرده کننده از رابطه زیر پیروی می کند:

برای کیفیت خوب مکالمه، منحنی فشرده کننده بایستی برای دامنه های کوچک سیگنال خطی و برای دامنه های بزرگ لگاریتمی بزرگ لگاریتمی باشد، همانطور که ملاحظه می گردد مشخصه های قانون A برای این حالت متقاعدکننده هستند در حالی که قانون µ به طور تقریب می تواند برای دامنه های کم سیگنال خطی باشد.
همانطور که از منحنی مربوط به A- law بر می آید یک منحنی پیوسته است و مشکل است که سیگنال توسط این منحنی پیوسته فشرده شود زیرا در این صورت نیاز به تعداد خیلی زیادی سطوح کوانتیزه خواهد بود و با توجه به اینکه در سیستم PCM باینری که مورد بحث ما در حال حاضر است q = 2 می باشد لذا تعداد بیتهای مورد نیاز برای هر کلمه کدشده اضافه شده و در مجموع باعث بالارفتن پهنای باند می گردد.
بنابراین به جای منحنی پیوسته لگاریتمی منحنی قسمت به قسمت شده ای که شکل همان منحنی لگاریتمی را تقریباً دارد و یا به عبارتی در قسمت بندی های انجام شده روی منحنی مزبور، هر قسمت آن به صورت خطی در محدوده آن قسمت در نظر گرفته شده مورد قبول CCITT قرار گرفته است این قسمت بندی به فرمی که مورد قبول CCITT است به صورت شکل بعد می باشد.
منحنی A- law به هشت قسمت خطی در بخش مثبت به صورتی که در شکل آمده است تقسیم شده و عین همین عمل نیز برای بخش منفی انجام می شود.

در جدولی که در زیر نشان داده شده است و مطابق شکل قبل می بینیم که در روی محور افقی فواصل انتخاب شده برای هر قسمت کاملاً متفاوت با فاصله انتخاب شده برای قسمت دیگر است و مقادیر آن هم در شکل و هم در جدول امده است ولی روی محور عمودی کلیه قسمتی با هم برابر است طبیعی است که محور افقی مربوط به سیگنال ورودی و محور عمودی مربوط به سیگنال خارج شده از فشرده کننده می باشد.
0
1
2
3
4
5
6
7
شماره قسمت

اندازه قسمت بر مبنای
حداکثر 1 برای سیگنال ورودی
1a
1a
2a
4a
8a
16a
32a
64a
فاصله بین سطوح کوانتیزه
در قسمتهای مختلف ورودی

موارد زیر در مورد جدول فوق و شکل قبل لازم است که قید گردد:
1- قسمتهای خروجی تمامی با هم برابر هستند و هر یک شامل 16 سطح کوانتیزه می گردد.
2- a فاصله بین سطوح کوانتیزه در قسمتهای یک و صفر ورودی می باشد، بدیهی است فاصله بین سطوح کوانتیزه در قسمت های دیگر مضرب صحیحی از a می باشد و از هر قسمت به قسمت دیگر به وسیله ضریب 2 افزایش می یابد.

3- چون فاصله بین سطوح کوانتم قسمتهای صفر و یک با یکدیگر برابرند و همچنین قسمت یک و صفر بخش مثبت و منفی x در منحنی مربوطه ضمن اینکه مجاوز یکدیگر هستند، دارای چنین خاصیتی هستند لذا این چهار قسمت به عنوان یک قسمت مشخص می گردد (قسمت 1 در شکل؟) و نتیجه اینکه برای بخش مثبت و منفی روی هم بی از 13 قسمت که از هم نقطه نظر فاصله سطوح کوانتیزه متفاوت و شامل هر دو بخش مثبت و منفی باشند نخواهیم داشت.
4- هر قسمت به 16 سطح کوانتم مساوی تقسیم می شود. لذا مجموعاً 256 سطح کوانتم خواهیم داشت که 128 سطح آن برای کدکردن نمونه های مثبت و 128 سطح آن برای کدکردن نمونه های منفی می باشد. البته منظور از نمونه های منفی و مثبت یعنی نمونه هایی که دارای دامنه ای با ولتاژ منفی یا دامنه ای با ولتاژ مثبت هستند.
هر کلمه کدشده PCM در این کدبندی از هشت بیت تشکیل شده است که از سمت چپ به سمت راست به ترتیب اولین بیت مثبت و منفی بودن ولتاژ نمونه را مشخص می کند که اگر یک باشد مثبت و اگر صفر باشد منفی است.
سه بیت بعدی شماره قسمت را معین می کنند و چهار بیت آخر سطح کوانتم را در قسمت مزبور نشان می دهد. هر هشت بیت را که تشکیل یک کلمه کد شده را می دهد. مربوط به یک نمونه بوده که کد شده است.
بیت های تعیین سطح کوانتم در هر قسمت
بیتهای تعیین
قسمت
بیت تعیین
علامت
8
7
6
5
4
3
2
1

مثبت یا منفی
21 = 2
تعداد قسمتها
23 = 8
تعداد سطوح کوانتم در هر قسمت
24 = 16
تعداد کل سطوح کوانتم
28 = 256

جهت درک بهتر مطلب در صفحه بعد براساس ماکزیمم دامنه سیگنال آنالوگ ورودی برابر 4032 (که ممکن است mv یا… باشد) جدول کوانتیزه شدن و کدکردن A-law برای کلیه مقادیر ورودی مثبت نشان داده شده است. بدیهی است که برای مقادیر منفی نیز جدول شبیه همین جدول با کد علامت صفر و ولتاژهای منفی خواهیم داشت و در بقیه موارد فرقی ایجاد نخواهد شد.
ستونهای جدول به ترتیب شماره قسمت، اندازه دامنه نمونه ورودی در محدوده تغییرات مشخص شده در ستون مزبور، اندازه هر مرحله یعنی فاصله بین دو سطح کوانتیزه، علامت ولتاژ نمونه ورودی (که در این جدول تماماً یک است زیرا جدول تنها برای بخش مثبت ولتاژ ورودی نوشته شده). شماره قسمت در مبنای باینری مقدار نمونه در قسمت مورد نظر به صورت کدشده باینری، شماره سطح کوانتیزه در دستگاه دهدهی یا اعشاری یا دسیمال و در نهایت اندازه نمونه پس از دکدشدن در دستگاه انتهایی تبدیل کننده سیگنال دیجیتال به آنالوگ می باشد.
اندازه نمونه ذکرشده
شماره سطح کوانتیزه
اندازه نمونه در قسمت موردنظر (باینری)
شماره قسمت باینری
بیت مربوط به علامت
اندازه هر مرحله
حدود دامنه نمونه (ورودی)
شماره قسمت
1
3
5
.
.
31
0
1
2
.
.
15
0000
0001
0010
….
….
1111
000
1
a = 2
0 – 2
2 – 4
4 – 6
…
…
30 – 32
0
33
35
37
.
.
63
16
17
18
.
.
31
0000
0001
0010
….
….
1111
001
1
a = 2
32 – 34
34 – 36
36 – 38
…
…
62 – 64
1
66
70
74
.
.
126
32
33
34
.
.
47
0000
0001
0010
….
….
1111
010
1
a = 4
64 – 68
68 – 72
72 – 76
…
…
124 – 128
2
13
2
140
.
.
252
48
49
50
.
.
63
0000
0001
0010
….
….
1111
011
1
a = 8
128 – 136
136 – 144
144 – 152
…
…
248 – 256
3
264
280
296
…
…
504
64
65
66
.
.
79
0000
0001
0010
….
….
1111
100
1
a = 16
256 – 272
272 – 288
288 – 304
…
…
496 – 512
4
528
560
…
…
…
1008
80
81
82
.
.
95

101
1
a = 32
512 – 544
544 – 576
576 – 608
…
…
992 – 1024
5
1056
1120
….
….
….
2016
96
97
.
.
.
111

110
1
a = 64
1024 – 1088
1088 – 1152
…
…
…
1984 – 2048
6
2112
….
….
….
….
4032
112
113
.
.
.
127

111
1
a = 128
2048 -2176
…
…
…
…
3968 -4096
7

شکل: کدکردن و دکدکردن بخش مثبت در قانون A
µ-law:
منحنی فشرده کننده µ-law نیز همانند A-law مستقیماً جهت فشرده کردن سیگنال به کار نمی رود زیرا در این صورت نیاز به تعداد خیلی زیاد سطح کوانتم است این منحنی نیز همانند فشرده کننده A-law قسمت بنده شده و در محدوده هر قسمت منحنی یک خط مستقیم است منتها این فشرده کننده به پانزده قسمت تقسیم شده است.
PCM تفاضلی:
به غیر از سیستم PCM معملی که نحوه کدنمودن سیگنال آنالوگ به این روش شرح داده شد دو نوع دیگر PCM را در اینجا شرح خواهیم داد که عبارتند از PCM تفاضلی یا دیفرانسیلی و PCM دلتا.
کاربرد هر دو نوع آنها مخصوصاً زمانی که همبستگی نمونه به نمونه سیگنال زیاد باشد بسیار موثر و مفید واقع می گردد. مثلاً در ارسال اطلاعات تصویر قسمت مهمی از سیگنال اطلاعات زمینه را که تغییرات خیلی کم دارند را بیان می کند. در این حالت اگر سیستم PCM معمولی به کار رود کلمات کد که اندازه متوسط سطح زمینه را بیان می کنند با توجه به تغییرات کمی که با هم دارند مرتباً تکرار شده و لذا مجبور به ارسال کلمات تکراری می شویم، که با استفاده از روش PCM تفاضلی می توان اختلاف نمونه های متوالی را که کد شده اند ارسال نموده و با این روش باعث کاهش پهنای باند می گردیم که اصطلاحاً این سیستم های PCM را DPCM می نامند. مدار فرستنده و گیرنده این نوع PCM به طور ساده در زیر کشیده شده است.

مار پیش بینی کننده به کار رفته در PCM تفاضلی به صورت زیر می باشد:

در مدارات فوق و ciها به نحوی تعیین می شوند که متوسط مقدار حداقل مقدار خودش را داشته باشد و نتیجه اش به حداقل رسیدن نویز کوانتیزه کردن است. در نظر داشته باشید که مدار پیش بینی کننده فرستنده و گیرنده بایستی با یکدیگر همزمان شوند، نسبت سیگنال به نویز در PCM دیفرانسیلی برابر است با:

در رابطه فوق GP ضریب تقویت پیش بینی کننده بوده و در سیگنالهای صوتی بین 5 تا 10 دسی بل و برای تصویر معمولاً 12 دسی بل می باشد.
سیستم های مدولاسیون داتا:
پلاک دیاگرام سیستم مدولاسیون دلتا در شکل زیر نشان داده شده است:

در این نوع مدولاسیون نمونه برداشته شده با نمونه قبلی مقایسه شده و نتیجه به یکی از دو سطح + و - بر حسب اینکه نتیجه مقایسه مثبت باشد یا منفی اختصاص داده می شود و این عمل پشت سر هم برای تمامی نمونه های تکرار می گردد.
خروجی کوانتیزه کننده با استفاده از یک رقم باینری برای هر نمونه کدشده و ارسال می گردد. درگیرنده اندازه اختلاف دو سیگنال آشکارسازی شده و بر حسب کد دریافتی به اضافه یا کسر می گردد.
عمل مدولاسیون دلتا را می توان با استفاده از شکل موج نشان داده شده در زیر توجیه نمود.

بعضی از مسائلی که هنگام ارسال یک سیگنال آنالوگ با استفاده از مدولاسیون دلتا اتفاق می افتد را می توان در شکل موج نشان داده شده در شکل فوق دید که از عیوب این نوع مدولاسیون است.
1- موقعی که سیگنال شیب تندی داشته باشد نمی توان با افزایش هی مرحله به سیگنال رسید که در این شیب بزرگترین مولفه فرکانس موثر است.
اگر فرض کنیم باشد در این صورت حداکثر شیب سیگنال برای رفع این نقیص بایستی یا باشد که در اینجا A دامنه سینوسی fx است وقتی که fx مولفه فرکانس داخل باند با حداکثر دامنه باشد مثلاً در مورد مکالمه تلفنی fx برابر 80 یا 1000 در نظر گرفته می شود.
2- موقعی که شیب صفر و ثابت باشد سیستم مدولاسیون  نمی تواند درست عمل کند زیرا پست سر هم مثبت و منفی می شود.
این دو موردی که ذکر شد باعث رفتن به سمت مدولاسیون دلتای وفقی می شود.

مدار مدولاتور مدولاسیون  به طور کاملتر

مدولاسیون دلتای وفقی:
در این نوع مدولاسیون مقدار  متغیر است زمانی که تغییرات سیگنال کم است (شیب صفر) مقدار  خیلی کوچک و در زمانی که شیب سیگنال خیلی زیاد است مقدار  افزایش می یابد مدار مدولاتور دلتای وفقی به صورت زیر است:

که همین بخش اضافه شده در مدار فرستنده مدولاسیون دلتای وفقی درگیرنده مدولاسیون دلتای وفقی نیز اضافه می گردد.
بررسی اجمالی انوع PCM ها با یکدیگر:
– در PCM معمولی ولی کلمات N بیتی
– در PCM  ولی کلمات یک بیتی
برای یک یکسان پهنای باند PCM معمولی Kb/s64 و در مدولاسیون Kb/s100 که با روش استفاده از دلتای وفقی توانسته اند پهنای باند را به Kb32 برسانند.
پروسه کدکردن یا Encoding:
برای تبدیل سیگنال آنالوگ به سیگنال دیجیتال کدشده باینری همانطور که به طور خلاصه قبلاً بیان شد، یک تبدیل کننده آنالوگ به دیجیتال یا A/D بایستی به کار برد. این کدکننده و برگرداننده های آنالوگ به دیجیتال فقط می توانند نمونه های کوانتیزه شده یکسان را به فرم دیجیتال تبدیل کنند. لذا پروسه کدکردن دیگری جهت نمونه های کوانتیزه غیریکسان لازم می باشد که متعاقباً مرور خواهد شد.
تبدیل کننده های A/D:
انواع تبدیل کننده های A/D به صورت زیر ممکن است باشند:
– شمارش یا تبدیل مرحله به مرحله ولتاژ یا ولتاژ پله ای
– تکرارسازی یا تبدیل پی در پی تقریبی
– مستقیم یا تبدیل موازی
در دو روش اول تبدیل ها به صورت سری می باشد ولی در حالت سوم تبدیل به صورت موازی انجام می گیرد.
در روش اول مراحل کار به صورت شکل زیر می باشد:

همانطور که از شکل بر می آید ابتدا سیگنال آنالوگ توسط یک فیلتر پایین گذر فیلترشده و باید آن برای نمونه برداری به دلایلی که در مبحث نمونه برداری شرح داده شد محدود شده سپس از آن نمونه برداری می شود. بعد ولتاژ نمونه (Va) توسط یک مقایسه کننده ولتاژ مبنای Vb مقایسه شده اگر بزرگتر از آن باشد خروجی مقایسه کننده یک و اگر کوچکتر از آن باشد خروجی مقایسه کننده صفر خواهد بود.
اما خود ولتاژ Vb از مینیمم خود به ازاء کد 0000 شروع شده و به ازاء هر بار که مقایسه می گردد بر مبنای نتیجه مقایسه به ازاء خروجی مقایسه کننده یک و به ازاء پالس ساعت (زمان دهنده) یک نتیجه خروجی مدار 9 (گیت And) مساوی یک به شمارنده باینری داده شده و باعی می شود شمارنده یک شماره به شماره قبلی خود بیافزاید.
نتیجه این افزایش به تبدیل کننده D/A رفته لذا این بار Vb معادل ولتاژ شماره جدید شمارنده بوده و یک پله و یا یک سطح کوانتیزه بالاتر را خواهد داشت و دو مرتبه Va با این ولتاژ جدید Vb مقایسه شده و عمل تکرار می گردد تا اینکه شود در این حالت خروجی مدار گیت 9 صفر شده (همانند دیاگرام شکل ؟) و عمل کدکردن پایان یافته و نتیجه به قسمت بعد ارسال خواهد شد. پس از ارسال نتیجه شمارنده Reset شده و آماده کار برای نمونه بعدی خواهد شد.

بایستی در نظر داشت که سرعت کار این کدکننده کم بوده و همچنین این کدکننده با ولتاژ مثبت کار می کند لذا قبل از کدکردن بایستی علامت ولتاژ را جهت مشخص نمود. بیت مربوط به علامت مشخص نموده سپس از طریق یک راکتی فایر ولتاژ مثبت نمونه را جهت کدکردن مطابق آنچه گذشت آماده نمود.

روش تکرارسازی یا تبدیلی پی در پی تقریبی:
طریق کار همانند حالتی است که از شکل زیر استنباط می شود. در شروع ولتاژ نمونه با نصف ولتاژ حداکثر مقایسه می گردد مثلاً چنانچه مقیاس مقایسه ولتاژ حداکثر 16 باشد در ابتدا، نصف آن یعنی هشت مقایسه شده اگر به عنوان مثال بیشتر از هشت باشد یعنی ولتاژ نمونه مقدارش از نصف بیشتر باشد بعد با یعنی 12 مقایسه می گردد و…

برای بیشتر بازشدن مطلب فرض می کنیم که نمونه ورودی در این کدکننده که دارای 16 سطح کوانتیزه با مقایسه است وارد شده و خود دارای پتانسیلی در حوالی 11 دراین مقیاس است در شروع با هشت مقایسه می شود (نصف حداکثر) و چون بیشتر از آن است با نصف نیمه دوم یعنی 12 مقایسه می گردد. از آن نیز کمتر است پس با نصف نصفه نیمه اول مقایسه می شود و عدد آن یعنی 11 برایش در نظر گرفته می شود البته این عدد در بنای باینری یعنی 1011 انتخاب می شود.

همانطور که در این مثال دیده شد، حداکثر 4 حالت بررسی شد البته در این مثال کلمه کدشده نیز چهار بیتی بود اگر کلمه مورد نظر ما nبیتی بود در حالت کلی برای n بیت نیاز به حداکثر n حالت جهت مقایسه یا بررسی داشتیم در حالی که در روش قبل برای همین n بیت نیاز به حداکثر 2n حالت بود و به این دلیل است که این روش کدکردن از روش قبلی سریعتر است.
کدکننده مستقیم یا تبدیل موازی یا آنی:
این نوع کدکننده یک مرحله ای یا آنی می باشد یعنی خیلی سریع می تواند نتیجه را ارائه دهد در این نوع کدکننده تعداد زیادی مقایسه کننده به کار رفته است اگر بخاطر داشتهباشید در مثالی که در شروع مبحث PCM آورده شد نوع کدکننده چنین بود.
البته در آن مثال کدکننده با چهار سطح کوانتیزه در قسمت مثبت و چهار سطح کوانتیزه در قسمت منفی انتخاب شده بود لذا تنها نیاز به چهار مقایسه کننده جهت تعیین کلمه کدشده احساس می شد، حال در اینجا بحث از تعداد زیادی سطح کوانتیزه است و نتیجه آن نیاز به تعداد زیادی مقایسه کننده است.
همانند آنچه در شکل زیر نشان داده شده است:

در مقایسه کننده های شکل فوق چنانچه Vx بزرگتر از ولتاژ مبنا (یعنی مثلاً در مقایسه کننده اول V1) باشد خروجی یا Vout از مقایسه کننده برابر یک و چنانچه غیر آن باشد یعنی VO از ولتاژ مبنا کوچکتر باشد خروجی یا Vout برابر صفر خواهد بود که نتایج به یک مدار لاجیک داده شده و از مدار لاجیک کلمه کدشده بدست خواهد آمد.
ولتاژهای مبنای مقایسه مربوط به مقایسه کننده ها جهت کوانتیزه کردن یکسان می تواند توسط یک منبع تغذیه مبنا و بکاربردن مقاومتهای معادل و یکسان به طور سری تهیه شود و در مورد کوانتیزه کردن غیریکسان می توان با تغییر نسبت مقاومتها منحنی فشرده کننده مورد نظر را (مربوط به A-law یا µ-law) تهیه نمود همانند آنچه در شکل زیر مشاهده می شود:

کدکننده A-law:
مطابق آنچه که قبلاً نیز ذکر شد کلمه کدشده خروجی از کدکننده در نمونه A به صورت هشت بیت و به فرمی که در زیر نوشته شده است می باشد:
Q4
Q3
Q2
Q1
S3
S2
S1
P

که P بیت مربوط به علامت و S ها عبارتند از بیت های مربوط به شمارش قسمت و خلاصه Qها همان بیت های تعیین کننده شماره سطح کوانتیزه در قسمت مربوطه می باشند.
در روش کدکردن مستقیم شماره قسمت از روی مقدار نمونه داده شده تعیین می شود بدین ترتیب که مقدار نمونه با مقادیر انتهایی قسمتها مقایسه شده و لذا توسط یک مدار لاجیک نتیجه مشخص می شود.
اگر به خاطر داشته باشید در جدولی در قبل مقدارهای کلیه سطوح کوانتیزه در بخش مثبت نوشته شد و مقادیر ابتدایی و انتهایی قسمتها نیز تعیین گردید.
روش تعیین به صورت ریاضی می تواند از رابطه زیر بدست آید:

که  حداقل عدد متقاعدکننده است.
به عنوان مثال اگر x = 130 باشد حداقل عدد متقاعد کننده  برابر 3 و لذا کد S در مبنای باینری برابر است با S = 011 و برای تعیین شماره سطح کوانتیزه روابط زیر را داریم:

در روابطی که در بالا نوشته شده است، x مقدار نمونه و b شماره سطح کوانتیزه در صورتی که در رابطه داده شده در بالا صدق نمونه و حداقل مقدار خود را داشته باشد.
مثال1:
مقدار یک نمونه برابر x = 145 می باشد مطلوب است شماره سطح کوانتیزه آن:

مثال2:
مقدار یک نمونه برابر x = 27 می باشد مطلوب است شماره سطح کوانتیزه آن:

مراحل کار مدار این کدکننده به صورت زیر می باشد:

همانطور که در شکل کدکننده A-law ملاحظه می شود نمونه ورودی VA در شروع تعیین علامت شده و بیت علامت مشخص می شود سپس از طریق یک راکتی فایر مقدار VA در صورت منفی بودن مثبت شده و به طور موازی وارد یک سری مقایسه کننده که هر یک ولتاژ نمونه VA را با ولتاژ انتهای هر قسمت فشرده شده A-law مقایسه می کنند شده نتیجه از طریق یک مدار لاجیک سه بیتی قسمت را مشخص می کند.
بعد از این عمل VA طی یک مرحله تقویت یا تضعیف که این عمل از طریق شبکه کنترل کاملاً مراقبت می شود بر حسب شماره قسمت و اینکه در مقایسه کننده های بعدی که کد سطح کوانتیزه را تعیین می کند، ولتاژهای سطوح کوانتیزه چه قسمتی جهت کار مقایسه مربوط به مقایسه کننده ها به آنها داده شده است تقویت یا تضعیف شده و برای کدشدن به مقایسه کننده های مزبور وارد می شود و نتیجه آن وارد یک مدار لاجیک جهت مشخص شدن چهار بیت آخر هر کلمه کدشده PCM که مربوط به سطوح کوانتیزه می باشد می گردد.
PCM سی کاناله:
تاکنون هرچه صحبت شده راجع به چگونگی تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال بوده است. یعنی چطور یک کانال صدا با پهنای باند 3400-300 هرتز که در سیستمهای آنالوگ برای مالتی پلکس نمودن آن و یا هر اقدام دیگر پهنای باند برابر KHz4 برایش در نظر می گیرند تبدیل به یک سری کلمات کدشده باینری می گردد که تقریباً به طور کافی در مورد آن شرح داده شده است لذا با توجه به آنچه گذشت از هر باند مکالمه تلفنی (KHz4) لازم است 8000 نمونه برداشته شود که هر نمونه کدشده و تبدیل به یک کلمه PCM هشت بیتی می گردد که نتیجه آن پهنای باند یک کانال تلفنی دیجیتال باینری بوده که برابر است با:

در انتقال دیجیتال زیادبودن پهنای باند یکی از معایب انتقال دیجیتال است ولی به هر حال فوایدش آنچنان است که در مجموع انتقال دیجیتال از انتقال آنالوگ و سوییچ دیجیتال بهتر از سوییچ آنالوگ و… خلاصه شبکه های تمام دیجیتال بهتر از شبکه های تمام آنالوگ بوده و لذا تقریباً تمامی کشورها سعی در جهت حرکت به سوی شبکه های تمام دیجیتال را داشته و پس از پایان طول عمر هر شبکه آنالوگ جابجایی آن با شبکه دیجیتال است.
کانال مکالمه تلفنی یعنی Kb/s64 عموماً به صورت مجرد مورد استفاده ای نداشته مگر در شبکه هایی که تماماً دیجیتال هستند که در حال حاضر کمتر کشور ممکن است به چنین شبکه ای دست یافته باشد و در عین حال در شبکه های تمام دیجیتال همچون خط مشترک تنها به یک تلفن و آن هم تلفن مشترک بوده که ارتباط دارد به دلایل اقتصادی یا عوامل دیگر از قبیل نیل به سمت شبکه های ISDN تاکنون قدمی در جهت دیجیتال شدن آن برداشته نشده است زیرا در شبکه های ISDN کلیه سرویسها در یک شبکه به مشترک داده می شود و در چنین شبکه ای هدف ایجاد یک کانال مکالمه تلفنی برای مشترک نبوده بلکه منظور ایجاد مجموعه ای از سرویسها برای مشترک است که در نتیجه بیش از Kb/s64 جهت انتقال لازم خواهد بود.
به هر صورت چکیده این مطالب صرفاً به این منظور است که کانالهای صدای تبدیل شده به دیجیتال نیاز به مالتی پلکس شدن مراحل اول و دوم و… بر حسب پارامترهای مربوطه را از نظر اقتصادی دارند که در مالتی پلکسینگ مرحله اول یا PCM در قانون A سی کانال تلفنی پس از کدشدن روی هم قرار گرفته و به عبارتی مالتی پلکس شده تا ارسال گردند.
اگر به خاطر داشته باشید در مبحث نمونه برداری ذکر شد که فاصله زمانی بین نمونه ها نسبت به مدت وجود هر پالس جهت نمونه برداری زیاد بوده و لذا می توان از این فاصله زمانی جهت مالتی پلکسینگ زمانی یا TDM استفاده نمود. در اینجا نیز منظور انجام چنین عملی است یعنی به ازاء هر باند کانال تلفنی 8000 نمونه در ثانیه برداشته می شود لذا هر نمونه پس از هر زمان ثانیه یا 125 میکروثانیه برداشته شده و چون زمان نمونه برداری خیلی کوچک است (خیلی کمتر از 125 میکروثانیه) می توان پس از نمونه برداری از کانال تلفنی شماره1، از کانال تلفنی شماره 2 نمونه برداری نموده و عمل کدبندی صورت گیرد و همینطور پس از نمونه برداری از کانال تلفنی شماره 1، از کانال تلفنی شمال 2 نمونه برداری نموده و عمل کدبندی صورت گیرد و همینطور پس از نمونه برداری از کانال تلفنی شماره 2 این عمل برای کانال تلفنی شماره 3 انجام شده و … به این ترتیب عمل را تا کانال شماره 30 برای PCM سی کاناله تکرار نمود. لذا در PCM سی کاناله سی بار عمل نمونه برداری، کواتیزه شدن و کدشدن در همان مدت 125 میکروثانیه انجام می شود و کلمات PCM کدشده یا همان کد هر نمونه مربوط به سی کانال مکالمه مختلف به ترتیبی که در شکل ؟ نشان داده شده است پهلوی هم و هر کدام در یک شیار زمانی یا Time Slot قرار گرفته و در مدت 125 میکروثانیه ارسال می گردد. این سری Time Slot که شامل سی Time Slot مربوط به سی کانال تلفنی مختلف و دو Time Slot شماره صفر و شانزده که مربوط بهFrame Alignment & Service Words و سیگنالینگ می گردد مجموعاً شامل سی و دو تایم اسلات می شود که این مجموعه را یک فریم (Frame) پالس PCM می گویند.
31

17
16
15

2
1
0
کانال تلفن
30

کانال تلفن
16
سیگنالینگ
کانال تلفن
15

کانال تلفن
2
کانال تلفن
1
Frame Alignment & Service Words

8
7
6
5
4
3
2
1

Time Slot یا T.S. شماره صفر مربوط به Frame Alignment یا ترتیب قرارگرفتن فریمها و خدمات مربوط به سایر T.S.ها می باشد از T.S. شماره یک تا T.S. شماره 15، به ترتیب کلمات کدشده PCM مربوط به پانزده کانال مکالمه اول قرار می گیرند و در T.S. شماره 16 سیگنالینگ کلیه کانالها ارسال خواهد شد و خلاصه T.S.های شماره 17 تا 31 کلمات کدشده PCM مربوط به کانالهای 16 تا 30 را شامل خواهند شد.
T.S. شماره صفر به طور متناوب و یک در میان اطلاعات زیر را ارسال خواهد کرد:
در اولین فریم اطلاعات T.S. شماره صفر به صورت زیر خواهد بود:
بیت شماره یک = برای کاربردهای بین المللی رزرو شده است.
بیتهای شماره دو تا هشت = ثابت و به صورت 0011011 ارسال می شود.
در اینجا بایستی یادآور شد که دریافت کننده در مقصد موقعیت خودش را نسبت بیسیته بیتهایی که در حال واردشدن هستند از روی همین کد 0011011 که در بیتهای شماره ؟، T.S. شماره صفر قرار گرفته است تعیین می کند و می تواند بیتهای مربوط به هر کانال را تشخیص داده و به کانال مربوطه اختصاص دهد. فلوچارت مربوط به پروسه همزمان کردن سیستم مقصد با سیستم مبدا از روی بیتهای یادشده و به صورت زیر می باشد:

یک کلمه هشت بیتی انتخاب می شود (مطابق فلوچارت) این کلمه کنترل می شود که آیا 0011011 هست یا خیر. علامت  یعنی یک یا صفر فرقی نمی کند و این به آن دلیل است که بیت اول جهت کاربردهای بین المللی رزرو شده است لذا ممکن است صفر باشد و یا یک و در کلمه همزمانی دخالت ندارد. چنانچه کلمه درست باشد به مرحله بعد جهت کنترل دقیق تر می رسیم و در غیر این صورت از یک بیت دیگر شروع شده و این عمل ادامه خواهد داشت تا کلمه هشت بیتی به صورت مزبور بدست آید.
بعد از بدست آمدن کلمه در مرحله بعد بیت دوم همین T.S. انتخاب شده و چک می گردد. اینجا بایستی یادآور شود که کلمه همزمانی یا 0011011 هر فریم در میان یک بار ارسال می گردد لذا در فریم بعدی بیت های دیگر خواهد بود که متعاقباً شرح داده می شود منتهی در اینجا ذکر این موضوع ضروری است که بیت شماره 2 مربوط به T.S. صفر در فریم بعدی همیشه یک است لذا این عمل کنترل می شود چنانچه درست باشد به مرحله بعد و در غیر این صورت عمل دوباره تکرار می شود. در مرحله بعد یک فریم دیگر یعنی فرم بعدی و همین T.S. کنترل می گردد که دیده شود آیا کلمه 0011011 است یا خیر و چنانچه تایید شد همزمانی فریمها فراهم شده یعنی جای اشتباه وجود ندارد در غیر این صورت آلارم مربوطه توسط سیستم روشن می گردد. در طی کار سیسم نیز این کنترل هموراه وجود داشته و پس از دریافت سه بار اشتباه به صورتی که ذکر شد آرام مربوطه روشن می گردد.
عمل کنترلهای پی در پی بدین منظور است که شاید در مرحله اول به طور تصادفی کلمه دریافت شده همانند کلمه 0011011 بوده و در حقیقت خود کلمه نیست، ذا کنترلهای بعدی می تواند دقت عمل را بالا برده و در صورت تقلبی بودن کلمه در مرحله اول در مرحله دوم و یا مرحله سوم حقیقت روشن گردد زیرا احتمال اینکه در مرحله دوم و سوم نیز همان بیتهای خواسته شده به طور تصادفی برسیم خیلی ضعیف است.
گفتیم که کلمه همزمانی در T.S. شماره صفر هر فریم در میان ارسال خواهد شد لذا در فریمهای دیگر به صورت زیر بیتهای T.S. شماره صفر قرار می گیرند.
بیت شماره 1: رزرو برای کاربردهای بین المللی
بیت شماره 2: همیشه مساوی یک برای همزمانی فریم موضوع بحث قبلی
بیت شماره 3: مربوط به آلارم یا اطلاعات مربوط به آلارم که از طریق این بیت ارسال می گردد اگر مساوی یک باشد آلارم داریم و اگر صفر باشد آلارم نداریم.
بیتهای شماره 8-4: برای کاربردهای داخل کشور رزرو شده است.
در مورد بیتهای رزرو بایستی گفت که از برخی از آنها در بعضی سیستمهای ممکن است استفاده شده باشد و از بقیه در آینده استفاده شود به هر حال این بیتها به صورت رزرو جهت استفاده های حال و آتی وجود دارد.
سیگنالینگ مربوط به کلیه کانالها از طریق T.S. شماره 16 که تشکیل کانال 16 را می دهد ارسال می گردد. سیگنالینگ انواع و اقسام متفاوت داشته که خارج از بحث این جروه است و خود مبحثی جداگانه می باشد.
PCM معمولاً روی زوجهای کابل موجود قرار می گیرد که قبلاً به صورت کانال آنالوگ معمولی کار می کرده (V.F.) که این یعنی مراکز تلفن قدیمی که سیگنالینگ مخصوصی به خود دارند.
نمونه کاملاً متداول سیگنالینگ نوع E&M می باشد به همان فرمی که برای سیستمهای FDM به کار می رود. در این نوع، سیگنالینگ روی سیمهای جداگانه ارسال می گردد و شامل دو حالت است. اتصال به زمین و یا کارکن.
در PCM و از طریق T.S. شماره 16 بایستی این سیگنالینگ را در سمت دریافت کننده آشکار سازیم یعنی رفتار اصلی مرکز در سمت دریافت کننده تقلید شود. لذا جهت نیل به این هدف در PCM مولتی فریم تعریف می شود. یک مولتی فریم شامل شانزده فریم است که از شماره صفر شروع و به شماره پانزده ختم می شود. در مولتی فریم، فریم شماره صفر دارای T.S. شماره 16 با مشخصات زیر است:
0 0 0 0 x y x x
چهار صفر اول مربوط به ترتیب قرارگرفتن مولتی فریم ها است. همان چیزی که در مورد ترتیب قرارگرتفن فریمها در T.S. شماره صفر موجود داشت. xها عبارتند از: بیتهای رزرو و y مربوط به بیت آلارم.
از فریم شماره یک تا فریم شماره 15 به ترتیب سیگنالینگ کانالهای یک و شانزده، سیگنالینگ کانالهای دو و هفده و … و سیگنالینگ کانالهای پانزده و سی به صورتی که در جدول زیر آمده است در تایم اسلات شماره شانزده هر فریم قرار می گیرند و به همین صروت در مولتی فریمهای بعدی تکرار می شوند.

شماره فریمهای پالس
بیت های مربوط به
4 بیت دوم از سمت چپ
Time Slot شماره 16
4 بیت اول از سمت چپ

0

x y x x

0 0 0 0
1
کانال تلفنی شماره 16
کانال تلفنی شماره 1
2
کانال تلفنی شماره 17
کانال تلفنی شماره 2
3
کانال تلفنی شماره 18
کانال تلفنی شماره 3
4
کانال تلفنی شماره 19
کانال تلفنی شماره 4
.
.
.

.
.
.

.
.
.

15
کانال تلفنی شماره 30
کانال تلفنی شماره 15

لذا به عنوان مثال سیگنالینگ کانال مکالمه شماره یک شامل چهار بیت اول از T.S. شماره 16 فریم شماره یک مولتی فریم خواهد بود و این اطلاعات جهت سیگنالینگ کانال شماره یک مکالمه هر 2 میلی ثانیه یکبار در مولتی فریم بعدی و در همان آدرس ذکرشده تکرار خواهد شد زیرا هر مولتی فریم شامل شانزده فریم است و در یک ثانیه به دلیل 8000 نمونه برای هر کانال تعداد 8000 فریم خواهیم داشت که تعداد مولتی فریمها عبارتند از:
8000 / 16 = 500
پس در یک ثانیه 500 مولتی فریم یعنی هر مولتی فریم زمانی برابر 2 میلی ثانیه خواهد داشت. مطابق شکل زیر:
d
c
b
a

d
c
b
a

 1.95 µs 

—————— 1.95 µs —————–
و سیستم با لینگ PCM سی کاناله دارای سرعت انتقالی برابر با عدد بدست آمده در زیر خواهد بود:
سرعت انتقال PCM30 = تعداد کانالها × سرعت انتقال یک کانال
64 × 32 = 2048 kb/s = 2.048Mb/s
از روش دیگر می توان با بیانی دیگر و یا به زبانی دیگر همان مقدار فوق را بدست آورد:
سرعت انتقال PCM30 = تعداد بیت های هر فریم × سرعت فریمها
8000 × 256 = 2048000 b/s = 2.048 Mb/s
و یا نهایتاً به زبانی دیگر:
سرعت انتقال = تعداد بیت اختصاص یافته به هر نمونه × تعداد نمونه ها برای یک کانال
8000 × 32 × 8 = 2048000 b/s
نویز در کانالهای غیرمشغول:
درباره نویز و کراستاک در چنین کانالهایی مکانیسم کار PCM با آنچه در مورد سیستمهای آنالوگ اتفاق می افتد متفاوت می باشد. برای مثال در یک سیستم FDM، نویز در کانالهای غیرمشغول به دلیل قطعات الکترونیکی به کار رفته در تقویت کننده ها، فیلترها، مدولاتورها، دی مدولاتورها و… تولید شد و به مجموع نویز کانال اضافه می گردد.
در کانالی که در ارتباط با سیستم های PCM است نویز تولیدشده ولی یک نویز خاص نیز در خلال تبدیل A/D مشاهده می شود. سیگنال ورودی شامل نویز تولیدشده به وسیله سمت انتقال دهنده کانال می شود و نتیجه تبدیل A/D این نویز یک کلمه کدشده ای است که بین اولین سطح کوانتیزه مثبت و اولین سطح کوانتیزه منفی تغییر می کند، در شکل زیر این نویز و نتیجه دکدشدن آن را می توان دید، مطابق شکل مشاهده می شود که قدرت نویز نتیجه مستقل از این است که نویز اولیه مقدار قدرتش چقدر کم بوده است زیرا تبدیل کننده A/D آن را چنین کانالی توسعه می دهد.

نویز کوانتیزه در کانال غیرمشغول بدون ولتاژ مستقیم
شکل قبل نامطلوبترین حالت را شرح می دهد. در مقایسه با آن وضعیت نشان داده شده در شکل زیر حالت مطلوب است.
در اینجا نویزی داریم به صورت جریان مستقیم با ولتاژی برابر با نصف ولتاژ محدوده مربوط به سطح کوانتیزه و لذا خروجی دکدکننده ثابت و برابر باقی خواهد ماند و تا مادامی که نویز اولیه دارای دامنه ای کمتر از باشد، کاملاً حذف خواهد شد.

مالتی پلکسینگ و کدکردن خط:
ظاهراً چنین به نظر می رسد که مطابق آنچه شرح داده شد از جمله نمونه برداری کوانتیزه کردن و کدکردن انجام شده و کلمه های کدشده PCM در فریمهای مربوط به خود قرار گرفته و در خط ارسال می گردند ولی باید خاطر نشان کرد که مساله به این سادگی نیست و موارد دیگری از جمله کدکردن جهت انتقال در عمل پیش می آید لذا جهت روشن شدن کار مالتی پلکسینگ و آماده شدن سیگنال خروجی ضمن رسم شکل زیر به طور خلاصه مراحل کار را شرح داده و در مورد کدهای مختلفی که جهت مقاصد مختلف در مالتی پلکسینگ انجام می شود، بحث خواهیم نمود. ذکر این مطالب ضروری است که در اینجا صرفاً مراحل مالتی پلکسینگ را شرح داده و طبیعی است که در دی مالتی پلکسینگ دقیقاً عکس عمل به وقوع خواهد پیوست:

مطابق آنچه در شکل ملاحظه می شود، کانالهای صدا پس از عبور از فیلتر میان گذر نمونه برداری شده و در A/D کوانتیزه و کدبندی می شوند. همانطور که قبلاً ذکر شد کدها به صورت کلمات کدشده هشت بیتی می باشند که پشت سر هم از کد خارج می شوند.
توجه داشته باشید که در سیستمهای مختلف ممکن است روش کار قدری متفاوت باشد مثلاً در بعضی سیستمها به ازاء هر کانال یک A/D وجود دارد و در برخی دیگر همانند شکل تنها یک A/D برای تمامی کانالها می باشد.
براساس احتمالات تعداد صفرها در کلیه بیتهای خارج شده از کدر همیشه خیلی بیشتر از تعداد یک ها می باشد زیرا دلایل مختلف این مورد را تایید می کند از جمله مشغول کار نبودن هر سی کانال یک سیستم PCM در آن واحد، فاصله زمانی بین کلمات در صحبت و… می باشد که این پشت سر هم قرارگرفتن صفرها به تعداد زیاد روی بازسازی کننده ها اثر سوء دارد. (در خط انتقال) زیرا استخراج ساعت را از روی سیگنال دریافتی در بازسازی کننده ها که جهت بازسازی مجدد سیگنال مورد استفاده می باشد دچار مشکل می کند. لذا به این دلایل سیگنالهای باینری را در برخی از سیستمها به صورت ADI کد می کنند، کلمه ADI حروف اول جمله لاتین آن یعنی Alternate Digit Inversion می باشد. این نوع کدکردن بدین ترتیب است که بیت ها یکی در میان حالتش عوض می شود یعنی اگر یک است صفر می شود و اگر صفر است تبدیل به یک خواه دشد. اما این نوع کدبندی بعضی اوقات خود باعث اشکال در خط می گردند چرا که اگر بیتهای خروجی خود یک در میان صفر یک باشند با این عمل ممکن است تمامی یک و یا تمامی صفر گردد.

از طرفی سیگنالی که می بایست روی خط انتقال قرار گیرد بایستی شامل ولتاژ مستقیم نبوده و در عین حال تا حد امکان پهنای باند آن را کاهش داد جهت نیل به چنین هدفی از کدکردن به فرم AMI استفاده می کنند.
AMI یعنیAlternate Mark Inversion که یک نوع کدبندی دو قطبی می باشد. در این نوع کدبندی مدت وجود پالسهای یک به صفر تقلیل پیدا کرده و یکی در میان مثبت و منفی انتخاب می شوند. این کد در این جهت دوقطبی گفته می شود که هم شامل پالسهای مثبت و هم شامل پالسهای منفی است در شکل زیر چگونگی آن را می توان ملاحظه نمود در این نوع کدبندی ولتاژ مستقیم نداریم و مقدار متوسط آن در یک مدت زمان طولانی صفر است. مشکل ولتاژ مستقیم حل شده است و همچنین پهنای باند نیز به نصف کاهش پیدا نموده است این کاهش را می توان از شکل زیز استنباط نمود که به همین منظور کشیده شده است ولی مشکل دیگر یعنی وجود صفرهای متوالی حل نشده است.
برای رفع این نقص بعدها این نوع کدبندی به صورت کد HDB3 اصلاح گردید. کد HDB3 همان کد AMI است ولی هرجا که تعداد صفرها از سه صفر متوالی بیشتر شده ارسال یک پالس یا بیت یک که به نام بیت پیمان شکن است روی صفر چهارم قرار می گیرد به طوری که هم جهت با بیت AMI قبلی بوده لذا در گیرنده کاملاً مشخص است که بایستی این بیت حذف شود.

این بیتهای پیمان شکن نیز یک در میان مثبت و منفی می شوند تا حالت کاملاً متناوب بودن سیگنال و حذف DC را حفظ کنند. اگر چنانچه در موردی امکان گذاشتن بیت پیمان شکن به صورت هم جهت با بیت AMI قبلی و خلاف جهت با بیت پیمان شکن قبلی در آن واحد میسر نبود این بیت پیمان شکن به صورت خلاف جهت بیت پیمان شکن قبلی قرار گرفته و برای اینکه هم جهت بودن آن با AMI قبلی میسر شود یک بیت AMI اضافی روی صفر اول به صورت هم جهت با این بیت پیمان شکن قرار خواهیم داد. گیرنده به دلیل اینکه بین این دو بیت فقط دو صفر فاصله است هر دوی آنها را حذف خواهد نمود.
دستگاه های مربوط به خط انتقال:
دستگاه های مربوط به خطر انتقال عبارتند از: ترمینال خط یا Line Terminal که در مرکز تلفن بعد از مالتی پلکسینگ در سمت ارسال و قبل از دی مالتی پلکسینگ در سمت دریافت نصب می شود و بازسازی کننده ها هستند که در طول خط انتقال در مکانهای مناسب به صورتی که در زیر وضع کار آنها شرح داده خواهد شد نصب می شوند.

بازسازی کننده ها جهت ساخت دوباره سیگنال به همان صورت اولیه که وارد خط انتقال شده به کار می رود که کار مهمی در PCM است زیرا سیگنال PCM به طور وسیع وقتی که روی زوج کابل انتقال می یابد اعوجاج پیدا می کند، زوجی که سیگنال PCM روی آن در حال انتقال است از طرف زوجهای دیگر کابل نیز مغشوش می شود و همچنین از محیط اطرافش.
حالت یک سیگنال ورودی به بازسازی کننده را نشان می دهد. پالس مربعی به طور وسیع دارای اعوجاج و مغشوش شده است. این وضعیت را تقریباً پس از طی مسافتی حدود 2 کیلومتر روی زوج کابل که دارای تضعیفی شاید حدود 30 دسی بل بوده برداشته است.

کار بازسازی کننده تبدیل این سیگنال معوج و مغشوش شده به حالت اولیه اش به صورتی که مدار پلاک دیاگرامهای آن در زیر کشیده شده است، می باشد.

شکل: پلاک دیاگرام بازسازی کننده
همانطور که در مدار پلاک دیاگرامی بازسازی کننده مشاهده می شود سیگنال اعوجاج یافته از طریق یک ترانسفوری که تطبیق دهنده خط انتقال و بازسازی کننده است به طور کامل به بازسازی کننده انتقال یافته و در اولین قدم اقدام به متعادل سازی و تقویت سیگنال می گردد. می دانیم که اگر طیف دامنه این سیگنال HDB3 در حوزه فرکانس رسم شود شامل فرکانس اصلی که اندازه آن نصف سرعت انتقال بوده و فرکانسهای دیگر که دامنه طیف در فرکانس اصلی ماکزیمم مقدار خود را دارا می باشد. با توجه به خصوصیا خط انتقال که دارای تضعیف بوده و این تضعیف بستگی به فرکانس داشته و برای فرکانسهای زیادتر مقدار تضعیف بیشتر از مقدار آن در فرکانسهای کمتر می باشد (تناسب غیرخطی است) پس فرکانس های بالاتر بیشتر ضعیف شده و فرکانسهای پایین تر کمتر، در قسمت متعادل سازی و تقویت فرکانسهایی که بیشتر ضعیف شده اند بیشتر تقویت می گردند و فرکانسهایی که کمتر ضعیف شده اند کمتر تقویت می گردند تا حالت تقویت براساس مقدار تضعیف روی هر فرکانس انجام شود سپس سیگنال به دو قسمت دیگر روانه می شود، قسمت آشکارسازی و قسم استخراج ساعت.
در قسمت آشکارسازی سیگنال از نظر دامنه با نصف دامنه بیت یک مقایسه شده چنانچه دامنه سیگنال بیشتر باشد در آن موقعیت زمنی بی یک خواهیم داشت و اگر دامنه سیگنال کمتر از نصف دامنه بیت یک باشد در آن وضعیت دارای بیت صفر خواهیم بود. واضح است که اگر سیگنالی بیش از حد مجاز دچار اعوجاج شده باشد امکان بوجودآمدن خطا در این بخش وجود دارد.
در قسمت استخراج زمان از طریق یک مدار تشدید که روی فرکانس اصلی تن شده است فرکانس اصلی سیگنال دریافت و در یک ضرب کننده دوبرابر شده و تقویت می گردد و سپس برای تعیین زمان شروع و خاتمه هر بیت پس از آشکارسازی سیگنال در قسمت زماندهی صحیح به سیگنال استفاده می شود. این قسمت شامل دو گیت And می باشد. پس از قسمت زماندهی صحیح به سیگنال، شروع و خاتمه هر بیت و مقدار هر بیت از نظر یک و صفربودن کاملاً مشخص بوده و لذا بازسازی سیگنال یعنی ساخت بیت یک به صورت پالس مربع مستطیلی و ساخت بیت صفر به صورت ولتاژ صفر در این قسمت انجام شده و سیگنال بازسازی شده از طریق یک ترانسفورمر به طور کامل به خط انتقال می تواند انتقال یابد و ادامه مسیر دهد.
از عوامل مهمی که روی سیگنال PCM در خط انتقال اغتشاش ایجاد نموده و ربطی به تضعیف خط انتقال ندارد کراستاک یا تداخل می باشد یعنی زوجهای دیگری از کابل که حامل سیگنال PCM هستند می توانند روی این خط انتقال PCM اغتشاش ایجاد نموده و همینطور خود این خط انتقال برای خطوط انتقال سیگنال PCM دیگر نیز اغتشاش آفرین است. این امر سبب می شود که چنانچه خواسهت باشیم از کابلهای موجود جهت انتقال PCM استفاده شود زوجهای مورد استفاده به طریق خاصی انتخاب گردد که پس از مبحث کراستاک و لاین ترمینال در این مورد صحبت خواهد شد.
این کراستاک به دو صورت است که اصطلاحاً آن را کراستاک انتهای دور و کراستاک انتهای نزدیک می گویند. کراستاک انتهای نزدیک بین دو زوج حامل سیگنال PCM که در دو جهت متضاد ارسال می شوند اتفاق می افتد. یعنی دو مسیری که یکی جهت رفت سیگنال و دیگری به جهت برگشت سیگنال اختصاص یافته است. کراستاک انتهای دور بین دو زوج حاصل سیگنال PCM است که هر دو در یک جهت انتقال پیدا می کنند (یا مسیر رفته و یا مسیر برگشت)

بیشترین اغتشاش توسط کراستاک انتهای نزدیک به وجود می آید زیرا سیگنالهای مغشوش کننده به دلیل عدم طی مسافت پس از خارج شدن از بازسازی کننده قوی بوده و لذا اثر آن روی مدار مغشوش شده زیادتر خواهد بود و از طرفی سیگنالهای حامل اطلاعات PCM در خود مدار در انتهای خط بوده و به اندازه کافی ضعیف شده اند و بدین منظور آماده ورود به بازسازی کننده جهت بازسازی هستند. پس دیده می شود در این وضعیت هم قدرت سیگنال مغشوش کننده بالاتر است و هم سیگنالهای PCM دارای قدرت کمتری هستند هب عبارتی نسبت سیگنال به نویز در اینجا کمتر است و بدین جهت است که می گویند اثر کراستاک انتهای نزدیک شدیدتر است.
در کراستاک انتهای دور اغتشاشات دریافت شده در مدار مغشوش شده پس از طی مسافت بین دو بازسازی کننده تا اندازه ای ضعیف می شود و اثرش به مراتب کمتر از نوع انتهای نزدیک است. البته زوجهای فیزیکی دیگر کابل و همچنین کابلهای برق، راه آهن برقی و… که در مجاورت زوجهای PCM هستند ممکن است باعث اغتشاش در زوج PCM بشوند.
طبیعی است که کلیه سیستمها اعم از مالتی پلکسورها و… و بازسازی کننده ها نیاز به جریان DC جهت کارکردن دارند در مورد دستگاه های نصب شده داخل مرکز باید گفت که آنها مستقیماً از منبع تغذیه تهیه شده به همین منظور در داخل مرکز تلفن استفاده می کنند در مورد بازسازی کننده های بین راه بایستی از طریق منبع تغذیه در مرکز به سمت بازسازی کننده ها جریان مستقیم مورد نیاز انتقال پیدا کند. این جریان روی همان زوجهای حامل سیگنال PCM به طریق که در شکل ؟ نشان داده شده است انتقال می یابد.
یکی از وظایف ترمینال خط که متعاقباً راجع به آن صحبت خواهد شد تغذیه بازسازی کننده ها می باشد (البته در بعضی سیستمها منبع تغذیه راه دور به طور جداگانه در جوار ترمینال خط قرار گرفته است). بدین ترتیب واحد برق ترمینال خط که در شکل ؟ نیز نشان داده شده است تهیه یک جریان ثابت (که معمولاً 50 میلی آمپر است) را به عهده دارد این 50 میلی آمپر بدون در نظر گرفتن تلفات خط است. البته در محاسبات، تلفات خط بر حسب قوانین اهم بایستی در نظر گرفته شود. مقدار آن عموماً به 200± ولت به دلایل ایمنی محدود می گردد.
قطب مثبت به وسط سیم پیچ ثانویه ترانسفورمر تطبیق ترمینال خط مربوط به سمت ارسال متصل می شود. از اینجا جریان مستقیم روی هر دو سیم روج مربوط به ارسال سیگنال PCM که ورودی ترانسفورمی تطبیق اولین بازسازی کننده را تشکیل می دهد، می رسد. وسط سیم پیچ اولیه (ورودی) اولین بازسازی کننده توسط یک دیود زنر به وسط سیم پیچ ثانویه ترانسفورمر تطبیق خروجی همین بازسازی کننده اتصال می یابد. ولتاژ زنر دیود طوری انتخاب شده است که ولتاژ برق لازم را برای همان بازسازی کننده مهیا می سازد. لذا جریان برق جهت بازسازی کننده بعدی سمت انتقال دهنده در همان مسیر انتقال می یابد. برای بازسازی کننده بعدی نیز ترتیب کار به همین صورت است.
بعد از تعدادی بازسازی کننده (برحسب نیازها) مدار جهتش عوض می شود و وسط سیم پیچ ثانویه ترانسفورمر خروجی به وسط سیم پیچ اولیه ترانسفورمر ورودی بازسازی کننده ای که در سمت مخالف یا سمت دریافت کار می کند متصل شده و بدین ترتیب بازسازی کننده های سمت دریافت یکی پس از دیگری به همان صورت که در سمت ارسال شرح داده شد تغذیه شده و در نهایت ما وسط ترانسفورمر تطبیق ورودی بازسازی کننده واقع در ترمینال خط را از طریق یک دیود زنر به قطب منفی واحد تغذیه برق متصل می کنیم و مدار جریان بسته می شود.

بدیهی است که افت ولتاژ دیود زنر اخیر برای تامین ولتاژ مورد نیاز بازسازی کننده داخل لاین ترمینال می باشد.
تعداد بازسازی کننده هایی را که می توان تغذیه نمود از روی ولتاژ نیازشده برای هر بازسازی کننده و قطر هادی های زوج کابل، فاصله بین بازسازی کننده ها و ولتاژ مجاز تعیین می شوند که ممکن است بین پنج تا ده بازسازی کننده متغییر باشند. در صورتی که فاصله بیشتر شود می توان از دو سمت (دو مرکز تلفنی که در دو سمت قرار گرفته و منظور تهیه ارتباط بین این دو مرکز است) بازسازی کننده ها را تغذیه نمود.
هدف اصلی ترمینال خط تطبیق مالیت پلکس و خط انتقال با یکدیگر است که در هر سمت بین خط انتقال و سیستم ماکس قرار می گیرد. در سمت دریافت به غیر از تطبیق امپدانس بازسازی سیگنالهای دریافتی نیز انجام می پذیرد. در بعضی از سیستمها یا به عبارتی بعضی سازنده ها واحد سوپروایزری را نیز در ترمینال خط قرار می دهند و برخی دیگر آن را جداگانه می سازند.
انتخاب زوج کابل جهت انتقال:
جهت انتقال سیگنالهای PCM از مبدا A به مقصد B و بالعکس محیط های انتقال مختلفی از جمله فیبر نوری، لینک رادیویی، کابل کواکسیال و زوج های کابل معمولی می تواند به کار گرفته شود. اکثر محیط های انتقال نامبرده شده در بالا قادر به انتقال سرعت انتقال بالاتر مانند 8Mb/s ، 34 Mb/s و… نیز هستند لذا شاید برای مرحله اول مالتی پلکسینگ یعنی PCM سی کاناله که دارای سرعت انتقال 2 Mb/s است به کار بردن زوجهای کابل مقرون به صرفه تر از محیط های انتقال دیگر باشد. خصوصاً که در اغلب موارد این کابل بین مبدا و مقصد موجود بوده و نیازی به نصب کابل جدید نیست. چنانچه نصب کابل جدید مطرح باشد، طرح مربوط به چگونگی قرارگرفتن زوجها در کابل می تواند به همان دو صورت متداول و غالب بر روشهای دیگر یعنی به صورت لایه ای و دسته ای زوجها در داخل کابل قرار گیرند ولی خارج از این مساله دو فاکتور اصلی زیر تنها به دلیل جلوگیری از کراستاکهای انتهای دور و انتهای نزدیک و استفاده حداکثر از ظرفیت کابل بایستی رعایت گردد.
– هر زوج دارای محافظ جداگانه باشد (جهت جلوگیری از کراستاک راه دور)
– زوجهای رفت و زوجهای برگشت استفاده شده برای انتقال PCM در دو کابل مجزا و یا در یک کابل ولی به حالت دو دسته جدا از هم با محافظ جداگانه برای هر یک باید (به منظور جلوگیری از کراستاک انتهای نزدیک)
ولی عموماً و حداقل در کشور ما چنین پیش خواهد آمد که سیستمهای PCM با استفاده از کابلهای موجود جهت محیط انتقال آنها نصب شوند که در این حالت طریق انتخاب زوجها به عنوان محیط انتقال PCM به صورت زیر می باشد:
1- در کابلهای لایه ای:
الف) لایه خارجی (آخرین لایه خارجی که در زیر پیوسته کابل قرار گرفته) نبایستی به کار رود.
ب) از لایه دوم و لایه سوم (در صورت نیاز) جهت یک مسیر انتقال و لایه بعد جهت محافظت به صورت شیلد برای جلوگیری از کراستاک انتهای نزدیک و لایه پنجم و… نیز برای مسیر انتقالی در جهت مخالف مسیر انتقال لایه های اول.
البته اگر مسیرهای رفت و برگشت روی دو کابل مجزا تهیه شده باشند مساله کراستاک انتهای نزدیک وجود نداشته و همچنین نیازی به کاربرد یک لایه فی مابین ذکر شده در بالا نیست.
ج) در هر لایه زوجها را یک در میان استفاده نموده یعنی بین هر دو زوج یک زوج به صورت محافظ جهت جلوگیری از کراستاک انتهای دور استفاده نخواهد شد.
شکل زیر چگونگی انتخاب زوجهای کابل لایه ای را جهت انتقال PCM در دو مسیر مخالف روی یک کابل نشان می دهد.

کابلهای لایه ای
2- کابلهای دسته ای(زوجها به صورت دسته های جدا از هم در آن قرار گرفته اند):
الف) دسته های مختلف جهت مسیرهای انتقال مخالف جهت یکدیگر استفاده شوند یعنی اگر انتقال رفت سیستم های PCM روی دسته A قرار می گیرند. انتقال برگشت آنها روی دسته دیگری غیر از دسته A قرار خواهند گرفت اگر آن دسته را B بنامیم دسته A هرچه بیشتر از دسته B دور شد بهتر است.
ب) اگر چنانچه یک سیستم و به ناچار بایستی در یک دسته مسیر رفت و هم مسیر برگشت آن قرار گیرد زوجها بایستی طوری انتخاب شوند که تا حد امکان از یکدیگر فاصله داشته باشند مثلاً در دو زیر دسته مختلف که مربوط به دسته مزبور هستند.
شکل زیر چگونگی انتخاب زوج کابل جهت انتقال PCM برای مسیر رفت و برگشت (هر دو در روی یک کابل) را برای کابلهایی با استقرار زوجها در آن به صورت دسته های مجزا از هم نشان می دهد.

کابلهای دسته ای
به هر حال چنانچه دو کابل مختلف از کابلهای V.F. موجود جهت مسیر رفت و برگشت به طور جداگانه مورد استفاده قرار گیرد در کابلهای لایه ای و دسته ای طریق انتخاب زوج به صورت شکلهای زیر در زیر خواهد بود. مجدداً یادآوری می گردد که در این حالت تنها مساله موجود کراستاک انتهای دور خواهد بود و از نظر کراستاک انتهای نزدیک هیچ مشکلی وجود نخواهد داشت.

انتخاب زوج کابل جهت انتقال PCM در یک جهت انتقال در کابل لایه ای

انتخاب زوج کابل جهت انتقال PCM در یک جهت انتقال در کابل دسته ای
فاصله بین بازسازی کننده ها:
فاکتورهایی که باعث محدودشدن فاصله بین بازسازی کننده ها می شوند عبارتند از:
– بهره بازسازی کننده
– اثر کراستاک سیستمهای PCM نصب شده روی یک کابل بر یکدیگر
– نویزهای برانگیخته شده از سویچینگ (در مورد بازسازی کننده های قبل و بعد مرکز تلفن)
– تضعیف کابل
طراحی خطوط انتاقل PCM:
در موقع طراحی خطوط انتقال PCM موارد عنوان شده در زیر بایستی تحت بررسی قرار گیرد.
1- زوجهای کابل:
هر سیستم PCM سی کاناله دو زوج جهت رفت و برگشت سیگنالها نیاز دارد.
خط انتقال PCM نیاز به زوجهای دیگری نیز جهت اردر وایری و… دارد.
2- نمونه های کابل:
کابلها نمونه های مختلف دارند که در مورد دو نمونه پرمصرف تر آن یعنی لایه ای و واحدی قبلاً توضیح داده شد.
3- مشخصه کابل:
تضعیف هر زوج کابل و تضعیف مربوط به کراستاک انتهای نزدیک بین یک زوج و زوجهای دیگر کابل فاکتورهای فنی را در تصمیم گیری برای یک انتقال خوب معین می نماید. رابطه بین فاصله دو بازسازی کننده و ماکزیمم تعداد سیستمهای PCM روی یک کابل توسط روابطی که در زیر به شرح آن خواهیم پرداخت می تواند به دست آید در این روابط عموماً تضعیف کابل و مقدار متوسط کراستاک انتهای نزدیک به صورت مقادیر معین برای یک کابل مشخص بر حسب نوع و سایز آن موجود است.
اگر فرض کنیم فاصله بین دو بازسازی کننده بایستی L باشد طبیعی است که این فاصله می تواند از تقسیم بهره بازسازی کننده به مقدار تضعیف کابل در هر کیلومتر که موجود بوده و برابر مثلاً L0 است بر حسب کیلومتر بدست آید.

که در رابطه فوق G بهره بازسازی کننده و L0 تضعیف کابل مورد نظر در فرکانس 1.024 مگاهرتز بر ثانیه و درجه حرارت c20 برای یک کیلومتر از کابل مورد نظر می باشد. لذا از رابطه فوق فاصله دو بازسازی کننده بر حسب کیلومتر برای ما بدست می آید اما چون L0 تضعیف کابل مورد نظر در c20 است و از طرفی تضعیف و مقاومت کابل طبق رابطه تقریبی زیر تابع درجه حرارت هستند.

لذا با توجه به اینکه کابل موردنظر نمی تواند همیشه در درجه حرارت c20 نگهداری شود پس برای اینکه مشکلی پیش نیاید بایستی بدترین حالت تضعیف را با توجه به شرایط تغییرات درجه حرارت منطقه مورد نظر در رابطه بالا قرار گیرد یعنی به جای L0 مقدار Lt بدست آمده از رابطه 2 را بر حسب تغییرات درجه حرارت منطقه در رابطه 1 قرار داد.
برخی به جای استفاده از رابطه 2 فاکتور تصحیح درجه حرارت ft را در فرمول 1 دخالت می دهند و آن را برای بدترین حالت شرایط کشورشان از فرمول 2 بدست آورده و به جایش قرار می دهند. در این حالت 1 به صورت زیر در خواهد آمد.

در رابطه 4 ترم دیگری به غیر از Ft به نام  دخالت نموده است که مربوط به تغییرات برای کابل موردنظر از اندازه استاندارد آن است جهت اطمینان بیشتر این فاکتور را دخالت می دهند. این مقدار  را عموماً برابر حداکثر 3% می گیرند. از طرف دیگر همانطور که قبلاً ذکر گردید مقدار کراستاک در تعیین فاصله بین بازسازی کننده ها موثر می باشد که جرو یکی از پارامترهی کابل مورد نظر جهت استفاده از آن برای انتقال PCM برای ما معین می باشد.
برای یک انتقال خوب ورودی درجه اشتباه بیشت برابر یا BER = 10-x و تضعیفی برابر A0 بین تضعیف های A1 و A2 مطابق آنچه در توصیه G952 کتابهای قرمز آمده است بایستی تفاضل بین کراستاک و فاکتور نویز (عدد نویز) مشخصات آمده در زیر را داشته باشد.

مقدار x و A1 و A2 و C و D و E هنوز تحت مطالعه هستند ولی بعضی از کشورها مقادیر آورده شده در جدول شماره 60 را به کار می برند. (برای سرعت انتقالMb/s2)
فاصله بین اولین بازسازی کننده و مرکز:
فعالیتهای سنگین سویچینگ باعث بوجودآمدن ایمپالس هایی روی زوج های کابلی که از مرکز خارج می شوند، می گردد و لذا این نویزهای ایمپالس روی زوجهای حامل PCM اثرگذارند.
جهت جلوگیری از این پدیده معمولاً فاصله بین اولین بازسازی کننده و مرکز تلفن را تقلیل داده تا قبل از اعوجاج زیاد سیگنال PCM توسط این ایمپالس ها مجدداً سیگنال بازسازی شود بعضی ها این فاصله را بین پنجاه تا شصت و پنج درسد فاصله اصلی می گیرند.
در نهایت در مورد تعیین فاصله بین بازسازی کننده ها در مورد فاصله اولین بازسازی کننده و چه در مورد فاصله بین بقیه بازسازی کننده ها بایستی متذکر شد که عموماً عدد بدست آمده از طریق فرمولهای یادشده به دلیل اطمینان بیشتر خود آن عدد را دقیقاً مورد استفاده قرار نداده بلکه در عمل مقدار آن را کمتر از آنچه بدست آمده در نظر می گیرند.
E
D
C
A2
A1
x
نمونه
17.5
14.7
1.1
40
5
6
1
–
19
1
40
10
7
2
–
18
1
38
7
7
3
جدول شماره 60- برای اطلاعات بیشتر و روشهای تست می توان به ANNEX A توصیه G.952 کتابهای قرمز حجم 111.2 مراجعه شود.
4- بهره بازسازی کننده:
عموماً بازسازی کننده ها طوری طراحی می شوند که تا حد امکان با عداد کوچک نسبت سیگنال به نویز نیز قابل بازسای کردن سیگنال باشند و همینطور تا حدامکان بهره بیشتر داشته باشند و طراحی بازسازی کننده بستگی به نوع کابل ندارد. ولی به هر حال مقدار بهره آنها در تعیین فاصله بین آنها موثر می باشد.
5- استفاده از امکانات موجود:
بررسی همه جانبه ای از نقطه نظر استفاده از امکانات موجود بایستی صورت گیرد مثلاً اگر کابلی موجود است چه مشغول کار به صورت V.F. و چه دارای زوجهای آزاد.
اگر چنانچه کابلی است که در حال حاضر پوپن بندی شده و در حال کار است از نقطه نظر اقتصادی مقرون به صرفه خواهد بود که تا حدامکان بازسازی کننده ها در همان جای پوپن ها به دلایل گوناگون قرار گیرد گرچه از طریق فرمول چنان استنباط گردد که بتوان در فواصل دورتری از هم نسبت به فاصله پوپین ها که عموماً 83/1 کیلومتر است بازسازی کننده ها قرار گیرند یعنی به عنوان مثال از طریق فرمول فاصله دو کیلومتر بدست آید ولی فاصله پوپین ها 83/1 کیلومتر باشد.
نیروی تغذیه:
همانطور که در بخش دستگاه های مربوط به خط انتقال به طور خلاصه شرح داده شد بازسازی کننده های بین راه نیاز به نیروی تغذیه دارند که این نیروی برق از طریق مرکز تلفن با مارهای انتقال فانتومیم تامین می گردد. در شکل ؟ جزئیات این مدار برای تغذیه بازسازی کننده ها از یک مرکز تلفن و یا از دو مرکز تلفن ابتدایی و انتهایی نشان داده شد.
ماکزیمم طول مدار تغذیه بستگی به مقاومت مدار فانتوم و تغییرات مقاومت در اثر تغییرات درجه حرارت (فرمول آن قبلاً ذکر گردید) و افت پتانسیل در بازسازی کننده ها دارد. با استفاده از قوانین اهم فرمول آن می تواند به صورت زیر بیان شود:

که در رابطه بالا L حداکثر طول مدار که می تواند تغذیه بازسازی کننده ها را انجام دهد، E ماکزیمم ولتاژ تهیه شده در مرکز، I شدت جریان در مدار که مقدار آن از طرف شرکت سازنده بازسازی کننده معین می گردد. N تعداد بازسازی کننده ها و VT افت ولتاژ در هر بازسازی کننده و R0 مقاومت مدار فانتوم بر حسب اهم بر کیلومتر در 20c و Ft ضریب تصحیح مقاومت برای محدوده درجه حرارت منطقه مورد نظر می باشد. این طول حداکثر فاصله ای است که می توان از یک مرکز به تغذیه بازسازی کننده ها اقدام نمود چنانچه مقدار L متقاعدکننده نباشد می توان از دو قسمت (یعنی دو مرکز تلفن ابتدایی و انتهایی) اقدام به تغذیه آنها نمود و چنانچه باز هم فاصله بین دو مرکز بیش از تغذیه آنها از سمت هر دو مرکز باشد بایستی ایستگاه تغذیه نیرو در مکانی احتمالاً در اواسط مسیر بوجود آید.
مالتی پلکسینگ مراحل بالاتر:
PCM-2Mb/s اولین مرحله از سیستم مالتی پلکسینگ دیجیتال در قانون A می باشد. روش کار مراحل بالاتر مالتی پلکسینگ (مرحله دوم، سوم و چهارم) به طور شماتیک در شکل ؟ نشان داده شده است. در این شکل تا مرحله چهارم دیده می شود ولی این به آن دلیل نیست که تنها تا این مرحله وجود دارد.
مراحل بالاترنیز موجود و یا در حال تکامل می باشد همچنان که از شکل بر می آید در هر مرحله مالتی پلکسینگ چهار سیستم مرحله پایین تر ووردی یک سیستم مرحله بالتر جهت مالتی پلکس شدن قرار می گیرد. بعضی از شرکتها نیز اقدام به مالتی پلکسینگ مستقیم یعنی از مرحله اول به سوم یا دوم به چهارم را نموده اند که این اقدام از نقطه نظر اقتصادی و فضای لازم جهت نصب سیستم برای شرایطی که صرفاً مرحله دوم مالتی پلکسینگ جهت واسطه بین مرحله اول و سوم قرار گرفته و یا مرحله سوم مالتی پلکسینگ نیز چنین نقشی را بین مرحله دوم و چهارم به عهده گیرد کاملاً مقرون به صرفه می باشد ولی چنانچه به دلایلی نیاز به اخذ انشعاب از مراحله واسطه باشد بایستی مرحله به مرحله پشت سر یکدیگر قرار گیرند.
اگر در شکل ؟ دقت شود خواهید دید که خروجی هر مرحله از مجموع چهار ووردی آن دارای سرعت انتقال بیشتری است مثلاً خروجی مرحله دوم برابر 8448 کیلوبیت بر ثانیه است در حالی که ورودی آن مجموعاً 2048×4=8192 کیلوبیت بر ثانیه می باشند. ابن بدان دلیل است که در فریم پالس مربوط به هر مرحله بیت های دیگر مربوط به Frant Alignment و Service و Justification و Justifging قرار می گیرند و باعث افزایش سرعت انتقال خروجی می گردند. دلیل قرارگرفتن بیت های

شکل: سلسله رابت مالی پلکسروها (PCM سی کاناله- قانونA)
خدمات و Frant Alignment که قبلاً در مورد سیستم Mb/s2 شرح داده شده است و لذا د رمورد سیستم های مالتی پلکسینگ مرحله بالاتر نیز مشابه همان است. اما زمانی که می خواهیم به عنوان مثال چهار سیستم Mb/s2 را با هم مالتی پلکس کرده که هر یک دارای ترانسی غیرمورد دیگر می باشد بیت های Justification و Justifging که به ترتیب معنای صحت و درستی درست کنند معنی می دهند مورد استفاده قرار می گیرند.
اگر تمامی سیستم های زیرین دارای یک توان بودند مشکلی وجود نداشت اما چون مثلاً در مورد سیستم های Mb/s2 هر یک می تواند تا ±50PPM تولرانس داشته باشد و این در چهار سیستم زیریان که جهت مالتی پلکس شدن وارد یک مالتی پلکسور می شوند به طور متناوب وجود داشته و در زمان مالتی پلکسینگ به طریقه بیت به بیت باعث می شود که در اثر گذشت زمان بعضی از سیستمها تاخیر در ارائه بیت نسبت به برخی دیگر از سیستمهای زیرین داشته باشند.
برای رفع این نقص هر سیستم که تاخیر در ارائه بیت داشته باشد یک بیت غیر اطلاعات یا اضافی برایش در Justifging قرار می گیرد و برای اینکه سیستم گیرنده در زمان دی مالتی پلکس کردن متوجه این بیت که جزو اطلاعات نیست باشد در بیت های Justification مشخصات این بیت برای سمت مقابل ارسال می گردد.
فریم پالس سیستم مالتی پلکسینگ 2/8 یا مرحله دوم به صورت زیر است:

بیت های دریافت شده از چهار سیستم: NI
بیت های مربوط به Justification : St
بیت های مربوط به Justifging : B
همانطور که مشاهده می شود فریم پالس از چهار قسمت تشکیل شده است که در قسمت اول کلمه همزمانی از بیت یک تا ده قسمت اول و بیت های مربوط به آرارم به شماره یازده و دوازدهمین قسمت هستند لذا از بیت 13 تا بیت 212 یعنی دویست بیت مربوط به بیت های مالتی پلکس شده مربوط به چهار سیستم Mb/s2 است این بیتها به ترتیب شامل یک بیت از سیستم اول، یک بیت از سیستم دوم، یک بیت از سیستم سوم و خلاصه یک بیت از سیستم چهارم و دوباره یک بیت از سیستم اول و یک بیت از سیستم دوم و… می گردد لذا دویست بیت قسمت اول شامل پنجاه بیت از هر سیستم شده است، قسمتهای دوم و سوم و چهارم شامل چهار بیت مربوط به Justification می گردند و قسمت چهارم نیز به جز چهار بیت مربوط به Justification شامل چهار بیت مربوط به Justifging نیز می گردد.
فریم پالس مالتی پلکسور دیجیتال 8/34 نیز به صورت زیر است:

در این فریم پالس که مربوط به مالتی پلکسور دیجیتال 8/34 است علائم به کار رفته شامل همانهایی است که در مالتی پلکسور دیجیتار 2/8 شرح داده شد. سیستم کار همان است و تنها فرق در حداکثر بیتهای اختصاص یافته مربوط به هر قسمت فریم پالس می باشد که در این فریم پالس 384 بیت برای هر قسمت و مجموعاً هر فریم پالس از 1536 بیت تشکیل شده است در حالی که از آن 2/8 برابر 848 بیت بود.
فریم پالس سیستم مالتی پلکسینگ 34/140 یا مرحله چهارم مالتی پلکسینگ نیز به صورت زیر است:

در این فریم پالس که مربوط به مالتی پلکسور 34/140 می باشد. علائم به کار رفته همان معانی قبلی را دارا می باشد. منتهی اولاً بیت های مربوط به Frant Alignment متفاوت و دوازده بیت است. ثانیاً دو بیت دیگر N و N نیز مربوط به ارسال اطلاعات مورد نیاز وجود داشته و ثالثاً تعداد قسمتها برابر شش می باشد و لذا هر فریم شامل 6×488=2928 بیت است.
کدنمودن خط در این مالتی پلکسورها به صورت زیر است:
مالتی پلکسورهای 2/8 و 8/34 همان نوع HDB3 است.
مالتی پلکسور 38/140 با کد CMI کد می شود.

قسمتهای یک مرکز تلفن:
مراکز تفن شامل بخشهای مختلفی از جمله:
1- اتاق کابل
2- سالن MDF
3- سالن سوییچ
4- سالن PCM
5- سالن Data
6- سالن موبایل
می باشد. در مراکز تلفن قدیمی هر سالن و یا دو سالن در یک طبقه جای دارد ولی در مراکز تلفن جدید همه سالنها به جز اتاق کابل که در زیرزمین است در یک طبقه جای داده شده است.
کابل نوری از طریق مسیرهای کابل (Duct) از زیرزمین وارد اتاق کابل می شوند و از آنجا به سالن PCM هدایت می شود. جوش های فیبرهای مورد نیاز در سالن PCM شامل تارهای عبوری، تارهای مورد استفاده در مرکز انجام می شود. تارهایی که در مرکز استفاده می شوند یا مستقیماً به سالن Data می روند یا بعد از دی مالتی پلکس شدن و تبدیل به پالس به سالن سوییچ هدایت می شوند. (تارهای عبوری فقط از سالن PCM عبور می کنند و به مراکز دیگر هدایت می شوند.
قسمت های سالن PCM:
سالن PCM چندین قسمت است که به معرفی آنها می پردازیم و توضیح مختصری درباره هر بخش داده می شود:
1- OCDF:
اولین جایی که کابل نوری در سالن PCM وارد آن می شود OCDF می باشد که شامل سه بخش (Section) و هر بخش شامل ده عدد کاست (Casset) می باشد. تارها پس از جوش داده شدن در کاست ها قرار داده می شوند. از OCDF دو نوع تار نوری به نامهای پیکتل (Pictell) و کال ایندور (Indoor Cable) خارج می شود.
پیکتل ها وارد قسمت FDF می شوند و کابل های ایندور از یک OCDF به OCDF دیگر به منظور پیوند دادن در مسیر کابل مجزا استفاده می شوند. (پیکتل و کابل ایندور هم تار نوری می باشد با این تفاوت که انعطاف پذیری زیادی دارند)
2- FDF:
به این قسمت پیکتل ها وارد می شوند. از طریق پیکتل ها، تارها به قسمت های PDH و SDH مربوط می شوند. FDF دارای سه موقعیت می باشد که به هر موقعیت سی پیکتل وارد می شود و سی پیچ کورد خارج می شود. پیکتل ها و پیچ کوردها از طریق کانکتور نوری به هم متصل می شوند و جوش داده نمی شوند. یک سری از کانکتورها تضعیف کننده دامنه نوری هستند، چون بعضی مسیرها طولشان کم است و دامنه موج نوری زیاد می باشد از آنها استفاده می شود که باعث اختلال در سیستم PDH یا SDH می شوند.
3- PDH (Plasiochronous Digital Hierarchy) رده بندی دیجیتال نسبتاً همزمان:
PDH شامل سه بخش می باشد:
الف) تبدیل نور به پالس
ب) تبدیل پالس به نور
ج) دی مالتی پلکسر، مالتی پلکسر
PDH ها ظرفیت پایینی دارند به طوری که برای مثال سی خط تلفن ابتدا با ظرفیت Mbit2 مالتی پلکس می شوند. سپس Mbit8 و Mbit16 و حداکثر Mbit32 می شوند که روی موج نوری ما فرستاده می شوند.
PDH شامل دو قسمت Main و Stand by می باشد که Main مسیر اصلی و Stand by مسیر فرعی است. اگر برای مسیر Main مشکلی به وجود آید، PDH روی Stand by می رود و آلارم داده می شود که باید فرد به صورت دستی PDH را Reset کند تا روی قسمت Main بیاید، هر قسمت Main و Stand by احتیاج به دو تار نوری دارد (رفت و برگشت) که کلاً یک PDH دارای چهار تار نوری است.

4- SDH (Synchronous Digital Hierarchy) رده بندی دیجیتال همزمان:
سیستمهای پیشرفته CDH که ظرفیت فوق العاده بالایی برای مالتی پلکس کردن دارند کم کم باعث انقراض نسل PDH می شوند، در مخابرات استان تهران و ایران حداکثر ظرفیت مورد استفاده Gbit10 می باشد.
دیگر مشکل Main و Stand by را ندارد و سیستم به صورت هوشمند چندین مسیر رزو (Reserve) دارد و هر مسیر مشکل پیدا کرد روی مسیر رزروهای بعدی و بعدی و… می رود. این سیستم را می توان با یک مرکز کنترل کرد و فرمانهار مربوطه را به آن داد.

5- کانکتورهای کواکسیال (Coaxial Connector):
از CDH و PDH اطلاعات توسط کابلهای کواکسیال خارج می شوند و وارد راک کانکتورهای کواکسیال شده و دوباره توسط کابلهای کواکسیال از قسمت کانکتورها به مراکز سوییچ می رود.
6- راکهای دوربین های راهنمایی و رانندگی:
در سالن PCM راک های دوربین های راهنمایی و رانندگی قرار داده می شوند چون در سیستم این دوربین ها از فیبر نوری استفاده می شود ولی کنترل آنها در مراکز راهنمایی و رانندگی می باشد.

کابل فیبر نوری:
کابل نوری دو نوع خاکی و غیرخاکی دارد. نوع خاکی آن دارای استحکام زیادی است و در زیر خاک کار گذاشته می شود. در مناطق شهری که کانال کشی وجود دارد از نوع غیرخاکی استفاده می شود. کابلها از اجزای مختلفی تشکیل شده اند که با توجه به شکل مراجع آنها توضیح داده شده است.

1- روکش کابل (Coating):
روکش کابل از جنس پلاستیک محکمی می باشد که بسته به نوع کابل قطرهای مختلفی دارد.
2- لایه فلزی آلومینیومی (Shild):
این لایه برای شیلدکردن میدان الکتریکی و مغناطیسی استفاده می شود. (البته این میدان ها روی عملکرد تار نوری هیچ تاثیری ندارند)
3- عضو مرکزی (Central Member):
عضو محکمی از کابل است که برای جلوگیری از کشش کابل مورد استفاده قرار گرفته است.
4- بافر (Buffer):
بافرها دارای یک لایه پلاستیکی محافظ برای تار نوری می باشد و تارهای نوری در آنها قرار داده شده است. بافرها بسته به ظرفیت کابل، شامل تعداد مختلفی تار نوری هستند که جدیدترین کابلها که توسط مرکز قندی در تهران ساخته می شود هر بافر شامل شش تار نوری می باشد.
5- تار نوری:
تار نوری از سه قسمت هسته، لایه روی هسته و لایه محافظ رویی که رنگی مشکیل می باشد، تشکیل شده است. در هر کابل براساس ظرفیت،تارها تعداد مختلفی دارند.
6- ژله کابل:
ماده ای است که فقط با مواد شوینده خاص پاک می شود و برای حفاظت بین بافرها در کابل و بین تارها در بافر استفاده شده است.
حوضچه ها و انتقال کابل:
در استاندارد مخابرات ایران تقریباً در هر دو کیلومتر یک مفصل برای کابل در نظر گرفته می شود که این مفصل ها را در حوضچه های زیرزمینی قرار می دهند. کابلها از طریق کانالهایی به نام داکت عبور داده می شود و هر حوضچه دارای داکت های ورودی و خروجی می باشد. داکت ها می توانند بلوک های سیمانی باشند یا ساخته شده از لوله های PVC، که البته بلوکهای سیمانی دیگر مورد استفاده قرار نمی گیرند.
از هر داکت یک کابل مسی 1024 زوجی می تواند عبور کند برای عبور کابل نوری، هر داکت را به سه یا چهار قسمت به نام ساب داکت تقسیم می کنند و چون کابل نوری قطر کمی دارد، آن را از ساب داکت عبور می دهند.

مفصل بندی در حوضچه ها:
مهمترین امر در یک مفصل بندی، جوش صحیح فیبرها می باشد به طوری که کمترین افت دامنه را داشته باشیم. (به طور استاندارد افت دامنه باید حداکثر db05/0 باشد) جوش دادن فیبرها کار فوق العاده حساس و ظریفی است و باید در محیطی کاملاً تمیز و عاری از گرد و غبار انجام شود و به همین دلیل کابلهایی را که قرار است به هم مفصل شوند را از حوضچه خارج کرده و وارد ماشین مخصوص ون که وسایل جوش دادن در آن قرار دارد، می کنند. در ابتدا کابلها را بیرون از ماشین لخت کرده و ژله را پاک می کنیم و سپس بافرها را لخت می کنیم و تارها را نیز عاری از ژله می نماییم و سپس برای جوش دادن تارها در ماشین اقدام می کنیم.
تست و عیب یابی فیبر نوری توسط دستگاه OTDR:
این دستگاه براساس آنالیز طول موج نوری عمل می کند و فواصل مراکز تلفن و تعداد مفاصل در مسیر را برای ما مشخص می کند. در ضمن افت هر مفصل و افت کلی کابل را به اطلاع ما می رساند. این دستگاه کل مسیر را به صورت یک نمودار که جهت افقی طول، بر حسب کیلومتر و جهت عمودی افت دامنه بر حسب db می باشد را به طور واضح مشخص می کند. افت مجاز هر مفصل db05/0 و افت در هر کیلومتر باید حداکثر db/km45/0 برای مثال برگ آزمایشات فیبر نوری در انتهاب به شما نشان داده می شود. کابل دارای طول km196/4 می باشد و دارای یک مفصل است. از آنجایی در مفصل افت غیر استاندارد مشاهده نشده، افت مفصل ها یادداشت نشده است. اگر افت دامنه در هر مفصل و یا در طول مسیر زیادتر از حد استاندارد باشد، مفصل شکسته شده و دوباره جوش داده می شود. گاهی اوقات افت دامنه مربوط به ساخت فیبر نوری است که روی افت کلی کابل اثر زیادی دارد و باید کابل را تعویض کرد که کمتر این چنین موضوعی پیش می آید.

مرکز تلفن:
اولین چیزی که برای احداث یک مرکز تلفن لازم است، دانستن ظرفیت آن مرکز است. با مشخص شدن ظرفیت مرکز، می توان بقیه اقدامات مثل کابل کشی، احداث ساختمان مرکز و در نهایت ثبت نام مشترکین را انجام داد.
ظرفیت یک مرکز به طور دقیق مشخص نمی شود چون جمعیت رو به رشد است. پس مهندسان طراحی باید با کمک مسائل آماری و همچنین مسائلی مثل درصد رشد تقاضا، با کمترین هزینه مرکزی را طرحی نمایند که علاوه بر پاسخگویی به نیاز مشترکین فعلی، حداقل تا چندین سال قابلیت گسترش را نیز داشته باشد.
پس از طراحی مرکز باید شبکه کابل طراحی شود که در آن هم مسئله هزینه و قابلیت گسترش باید در نظر گرفته شود. بعد با توجه به خصوصیات منطقه و میزان بودجه سوئیچی خریداری شده و مرکز را راه اندازی کنند.
تهیه Lavout Plan:
Lavout Plan به معنی طرح سالن مرکز تلفن می باشد. به عبارت دیگر در رابطه با اینکه چگونه و به چه طریق تجهیزات مرکز در سالن مرکز نصب گردد تا از حداقل کابلهی ارتباطی استفاده شود، بحث می کند.
چون سوییچ مرکز توسط پیمانکار تولید یا خریداری می گردد، جهت اجرای صحیح طرح مرکز و عدم وجود مشکلات در موقع راه اندازی پیمانکار موظف است Lavout Plan را تهیه نماید تا از حداقل کابلهای ارتباطی (External , Internal) استفاده گردد.
شرکت مخابرات موظف است یک طرح کلی جهت ساختمان مرکزی ارائه دهد. در ایران طبق این طرح ساختمان مرکز معمولاً دو طبقه می باشد. طبقه اول جهت نصب MDF و سالن PCM و طبقه دوم جهت نصب تجهیزات سوییچ و در نهایت زیرزمین ساختمان جهت سالن تغذیه مرکز، همچنین در صورت وجود اطاق گاز کنترل در نظر گرفته شده است.
سالن سوییچ:
چون در سالنهای سوییچ که در آن تجهیزات مرکز تلفن نصب می گردد به دلیل وجود جریان گرما تولید می شود، لذا دمای متوسط مجاز در سالنهای سوییچ خصوصاً سوییچهای دیجیتال، 20 الی 22 درجه سانتیگراد می باشد. بدین منظور در سالن سوییچ با استفاده از کف کاذب و دستگاه های مخصوص به طور خودکار دما در حد مجاز نگه داشته می شود.
سالن سوییچ از دو قسمت که توسط دیواری شیشه ای از هم جدا می شوند تشکیل شده است. قسمت بهره برداری و نگهداری که اپراتور مرکز در آن قرار می گیرد (O&M) و قسمت تجهیزات در سالن تجهیزات شکافهایی جهت ورود و خروج کابلهای تعبیه شده است.
اطاق MDF1:
این اطاق در واقع رابط بین شبکه کابل و سالن سوییچ می باشد که آن را در زیر سالن سوییچ قرار می دهند.
سالن تغذیه:
این سالن شامل باطری خانه، ژنراتور و یکسوکننده ها می باشد. باطری خانه برق DC مرکز را تامین می کند. ژنراتور نیز در صورت قطع برق به طور خودکار روشن شده و تغذیه مرکز را به عهده می گیرد.
قسمت یکسوکننده ها وظیفه یکسوکنندگی برق و تحول آن به قسمتهایی که نیاز به برق یکسوشده دارند، را انجام می دهند. البته در سوییچ های پیشرفته این قسمت به صورت کارتهایی به نام کارت راکتیفایر در سیستم سوییچ تعبیه شده است و نیاز به سالن جدا ندارد.
شبکه کابل:
به طور یقین جهت ارتباط مشترکین با یکدیگر و همچنین جهت ارتباط مراکز یکسری مقدمات لازم است تا مشترکین بتوانند به راحتی و بدون هیچ محدودیتی (از نظر مکانی) با یکدیگر ارتباط برقرار نمایند. پس باید به همراه احداث یک مرکز امکاناتی پیش بینی و فراهم گردد تا زمینه ارتباط مشترکین را فراهم سازد.
همانطور که گفته شد جهت ارسال سیگنالهای صوتی و دیتا نیز به یک خط انتقال داریم. شرایط یک خط انتقال باید طوری باشد که اطلاعات داده شده در ابتدای خط را بدون کمی و کاستی در انتهای خط تحویل دهد، به طوری که اطلاعات دریافت شده در آخر خط قابل استفاده باشد.
در یک انتقال (صوتی) اگر نوسانات صوتی و نوسانات کنترل کننده (پالسهای شماره گیری و جریان زنگ) از حد مجاز کمتر شوند، (در اثر نامناسب بودن خط انتقال) ارتباط مناسب برقرار نخواهد شد.
نحوه ارتباط مرکز سوییچینگ:
1- کابلهای تلفنی
2- کابلهای هم محور (کواکسیال)
3- خطوط کاریر
4- خطوط FX
5- ارتباط ماهواره ای
6- ارتباط مایکروویو
7- ارتباط از طریق فیبر نوری ( از طریق امواج مادون قرمز)
که موارد 1 تا 3 از طریق سیم و موارد 4 تا 7 از طریق امواج رادیویی امکانپذیر می باشد.
در کابلهای تلفنی ارتباط مشترک توسط یک زوج سیم که درون کابل تعبیه شده اند با مرکز برقرار می شود. این کابلها می توانند از 4 تا 3600 زوج باشند. کابلهای هم محور که برای ارتباط بین مراکز استفاده می شوند، (به ماند سیم آنتن تلویزیونهای رنگی) دارای یک هادی در مرکز و رشته هایی از هادی نیز در اطراف این مرکز هستند که توسط یک عایق از یکدیگر جدا شده اند. این کابلها از خاصیت نویزپذیری کمی برخوردارند.
خطوط کاریر، سیمهای مسی ضخیم بدون روکشی هستند که در ارتباط با حداکثر 50 کیلومتر استفاده می شوند. اگر در ارتباطات بیش از این فاصله استفاده شوند، باید هر از پنجاه کیلومتر یکسری مرکز رادیویی با دید مستقیم نسبت به هم ایجاد شوند تا به عنوان رابط خطوط استفاده گردند.
نوع دیگر خطوط که ارتباط بین دو شهر را برقرار می سازند، خطوط FX می باشند، به طوری که در یک شهر بدون نیاز به گرفتن کد شهری دیگر، می توان با آن شهر به طور مستقیم ارتباط برقرار کرد. در اصل خط FX دو شهر را به مانند دو مشترک محلی به یکدیگر مرتبط می کند. امروزه این خط کمتر استفاده می شود چون از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نمی باشد.
برای برقراری ارتباط بین مشترک و مرکز در ابتدا از خط انتقال خصوصی استفاده می شد. یعنی یک مشترک جهت ارتباط با مرکز محلی خود از خط انتقالی استفاده می کرد که هیچ مشترک دیگری امکان استفاده از آن را نداشت. پس از اینکه تعداد مشترکین افزوده شد، به تعداد مراکز هم که ظرفیت محدودی داشتند اضافه شد.
از طرفی از نظر اقتصادی هم با صرفه نبود که به مانند قدیم هم مشترک دارای یک خط ارتباط اختصاصی باشد. برای رفع این مشکل از یک طرف یک سری مراکز محلی و واسطه بین مشترک و مرکز اصلی احداث شد و از طرفی هم ارتباط مشترک با مرکز محلی را از طریق تقسیمات خاصی (مالتی پلکسینگ) برقرار نمودند، تا بتوانند با کمترین هزینه یک خط انتقال مناسب را در اختیار مشترکین که روز به روز به تعدادشان افزوده می شد، قرار دهند. در پیامد همین مسئله قسمت طراحی شبکه که یکی از قسمتهای مهم مخابرات است بوجود آمد.
در طراحی شبکه های مخابراتی همواره باید این مسئله مدنظر باشد که شبکه باید طوری طراحی شود که به همه مشترکین چه دور و چه نزدیک ولتاژ مناسب رسیده تا یک انتقال قابل قبول صورت گیرد. پس یک شبکه باید طوری طراحی گردد که:
1- قابلیت اطمینان داشته باشد.
2- عملی باشد.
3- کمترین هزینه را در بر گیرد.
اتصال مشترکین به مرکز تلفن:
مشترک بسته به طراحی از طریق یک سری تقسیمات توسط دو سیم (a,b یا T,P) به مرکز متصل می شود. همانطور که بیان شد اگر تمام مشترکین بخواهند با هم به مرکز متصل شوند، شرکت مخابرات مجبور است با کابلهای متعدد آن هم با تعداد زوج زیاد این ارتباط را برقرار سازد. برای رفع این مشکل ابتدا بین مشترک تا مرکز را به قسمت های مختلف تقسیم نمودند و سپس با روشهای مالتی پلکسینگ ارتباط مشترک با مرکز را برقرار نمودند.
مراحل اتصال مشترک به مرکز محلی خود:
1- پست:
پست همان جعبه تقسیم ملی است که در کوچه ها دیده می شود. گنجایش آن ده مشترک بوده و اولین جایی است که مشترک به آن متصل می گردد.
2- کافو (KV):
جعبه تقسیم کابل یا کافو برای اتصال چندین پست به هم بوتده و گنجایش آن 400 مشترک است. (40 پست)
3- الفو (LV):
الفو جعبه تقسیم خط می باشد که اتصال چندین کافو نزدیک به هم را برقرار کرده و توسط کابلی به مرکز محلی متصل می گردد. در شهرهای کوچک کمتر از الفو استفاده می شود و کافو مستقیماً به مرکز متصل می شود.
جهت تعیین نمودن مسیر یک خط مشترک اگر دقت شود کنار هر پست یکسری حروف و ارقام نوشته شده است که با کمک آن می توان مسیر را مشخص نمود.
پست – کافو- الفو- مرکز تلفن
به عنوان نمونه: B – 00 – 08 مشخص می کند که کافو شماره 8 مستقیماً به مرکز متصل است.
تقسیم بندی کابلهای شبکه:
معمولاً ارتباط مشترک به مرکز توسط سیم های مسی برقرار می گردد. برای اینکه این سیمها دارای حجم کمتر و قابل نگهداری بهتر بوده و ضمناً از نظر حفاظتی هم مطمئن تر باشند، آنها را به صورت کابل با تعداد زوجهای مختلف می سازند که بسته به نوع طراحی و تعداد مشترکین و با توجه به تعداد زوج آنها در شبکه مورد استفاده قرار می گیرند.
کابلها با قطرهای 4/0 و 6/0 و 9/0 میلیمتر موجود می باشند که بسته به طولانی یا کوتاه بودن مسیر از آنها استفاده می شود. مسیرهای عادی و کوتاه از قطر 4/0 و مسیرهای طولانی از قطر 9/0 استفاده می گردد.
از نظر تعداد زوج تا کابل 3600 زوج نیز وجود دارند، که طبق طراحی شبکه در جای خود استفاده قرار می گیرند.
کابلها از مرکز (MDF) تا مشترک کلاً به سه دسته تقسیم می شوند، قسمت اول کابل مرکزی است که از مرکز تا کافو می باشند. (لازم به ذکر است که معمولاً در طراحی شبکه جدیداً الفو را حذف می کنند) قسمت دوم کابلهای بین کافو و پست هستند که به عنوان کابل آبونه شناخته می شوند و قسمت سوم ارتباط بین پست تا مشترک است که با سیم هوایی برقرار می گردد. پس شبکه کابل کلاً به سه قسمت کابل مرکزی، کابل آبونه و سیم هوایی تقسیم می گردد.
کابلهای مرکزی معمولاً از نوع کابل با محفظه هوا هستند، که در جدار آنها هوا وجود دارد. این هوا جهت حفاظ از این کابلها توسط دستگاه های مخصوص داخل محفظه ای که در جدار کابل وجود دارد تحت فشار خاصی قرار می گیرد. در صورتی که هر کجای کابل صدمه ببیند با خارج شدن هوا، فشار دستگاه کم شده و با آرام خاصی که روی دستگاه تعبیه شده است مسئول شبکه را از ایجاد خرابی در کابل باخبر می سازد.
این دستگاه که گاز کنترل نام دارد در اتاق خاصی قبل از MDF در مرکز قرار گرفته و با لوله هایی به همه کابلهای مرکزی که وارد مرکز شده اند. توسط روشهای خاصی با روپوش و چسب مخصوص وصل می باشد. این لوله ها وظیفه دارند هوا را از دستگاه به درون جداره کابل هدایت کنند. لازم به ذکر است که این هوا وارد جداره قسمتی از کابل که به طرف MDF می رود، نمی شود و فقط طرفی را که از مرکز خارج می شود تحت پوشش می گیرد.
روی دستگاه به ازای هر کابل دستگاه های اندازه گیری نشتی هوا با درجه بندی لیتر بر ساعت تعبیه شده که هر دستگاه نشتی هوا را در کابل مربوط به خود مشخص می کند. در صورت هرگونه نشتی در کابل اگر فشار دستگاه کم شود، به صورت خودکار پمپ هوا روشن شده و فشار را تنظیم می کند. فشار هوای مخزن دستگاه پنج بار است که اگر از دو بار کمتر شود، پمپ هوا روشن می شود و وقتی فشار مخزن به شش بار رسید خاموش می گردد. از این پنج بار فشار مخزن نیم بار به داخل کابلها فرستاده می شود که تا 5% کاهش فشار در انتهای کابل (حوضچه قبل از کافو) موردی نخواهد داشت.
برای کابلهای آبونمان عمدتاً از کابلهای ژله ای استفاده می گردد. این کابلها، کابلهایی هستند که در جداره آنها ماده ای ژله مانند (جهت جلوگیری از ورود رطوبت در صورت بروز خرابی در روکش کابل) وجود دارد.
جهت شناسایی زوج سیمهای درون کابل برای رفع خرابی مفصل بندی و دیگر اقدامات لازم آنها را به صورت رنگی (روکش رنگی) ساخته اند. برای رنگ بندی این کابلها کلاً از ده رنگ، پنج رنگ اصلی و پنج رنگ فرعی استفاده می کنند. رنگهای اصلی عبارتند از: سفید، قرمز، مشکی، زرد و بنفش و رنگهای فرعی آبی، نارنجی، سبز، قهوه ای و خاکستری می باشند.
بدین ترتیب که یک رنگ اصلی و یک رنگ فرعی (مثلاً مشکی و آبی) تشکی یک زوج سیم می دهند که به راحتی قابل شناسایی می باشند به عنوان مثال در یک کابل ده زوج، قرمز و پنج رنگ فرعی می شوند زوج یک تا پنج، سفید و پنج رنگ فرعی می شوند زوج شش تا ده.
این تقسیمات تا 3600 زوج که معمولاً حداکثر کابلی است که در شبکه استفاده می شود قابل توسعه است. به این ترتیب که 25 تا 25 تا دو بار یک نوار رنگی اطرافشان می پیچند. البته با همان آرایش رنگ که دسته اول رنگ های اصلی با یک نوار رنگی و دسته دوم رنگهای فرعی با یک نوار رنگی خواهند بود با این تقسیمات رنگی به راحتی می توان مسیر خط مشترک را از مرکز (MDF) تا مشترک مسیریابی و جهت رفع خرابی اقدام نمود.
جهت برقراری ارتباط در بعضی کشوها از فیبر نوری استفاده می کنند، (در ایران فعلاً فقط در ارتباط بین مراکز استفاده شده است) که مزایای بسیار زیادی نسبت به کابل معمولی دارد. به عنوان نمونه تا چندین برابر کابل هم قطر خود توانایی برقراری ارتباط را داراست.
فیبر نوری بسته به نوع امکانات که می خواهند از آن بگیرند مورد استفاده قرار می گیرند. (که به صورت دو زوج و چهارزوج فعلاً در ایران استفاده شده اند) برای رفع خرابی و یا اتصال دو فیبر نوری دستگاه خاصی به نام Repeter وجود دارد که فیبر نوری را به صورت سه بعدی به هم اتصال می دهند یعنی در نقطه اتصال باید محور x، y و z دو فیبر نوری بر هم منطبق گردد. پس از اتصال هم با دقت خاصی مقدار تضعیف را در محل اتصال برای طراحان شبکه مشخص می کند. در صورتی که تضعیف از حد مجاز بیشتر گردد باید عمل اتصال یا به اصطلاح مفصل بندی مجدداً تکرار گردد. لازم به ذکر است در صورتی که فاصله خیلی زیاد شود طراحی شبکه باید یک تقویت کننده را در مسیر فیبر نوری طراحی نماید.
تعمیر و نگهداری کابلها:
عموماً اکثر خرابیهای کابها در مفصل ها رخ می دهد. (البته به جز قطعی کابل در حفاریهای شهری) مفصل در اصل به نقطه اتصال دو تکه کابل گفته می شود. چون این کابلها دارای طولها محدودی می باشند، جهت بردن آنها به نقاط دور باید دو کابل را به هم متصل کنند که به این عمل مفصل بندی می گویند. معمولاً جهت دستیابی به این مفصلها و نگهداری آنها، این مفصل بندی های را در اتاقکهای بخصوصی که قبلاً از کابل کشی درون زمین تعبیه شده است (حداقل دو اپراتور شبکه می توانند به راحتی در آن کار کنند) و حوضچه نامیده می شوند قرار می دهند.
حال در صورتی که مفصل بندی درست انجام نشده باشد رطوبت به کابل نفوذ کرده و باعث خرابی خواهد شد. در اینگونه موارد است که اهمیت دستگاه گاز کنترل مشخص می شود. چون از اتاق گاز کنترل تا کافوکانال کشیده شده و کابلها از درون لوله های پلاستیکی محکمی که از قبل تعبیه شده، عبور کرده اند و احتمال وجود خرابی در این مسیر بسیار کم است.
پس مسئول شبکه مستقیماً به سراغ حوضچه ها رفته و با اندازه گیری فشار کابلها خرابی را کشف و رفع می کند. حوضچه ها برای دسترسی به کابلهای مرکزی می باشند. چون کابلهای آبونه معمولاً از داخل پیاده روها و کوچه ها به پست منتقل می شوند و به علت کوتاه بودن مسیر نیازی به مفصل بندی نیست. از نظر تعداد زوج هم این کابلها دارای تعداد زوج کمتری هستند که اتصال آنها را در صورت نیاز آسان تر می کند.
اطاق MDF(Main Disterbution Frame):
اطاق MDF در واقع سالین است که اتصالات درونی سیستم را به کابل های بیرونی سیستم متصل می نماید. هر ساختار MDF از دو بخش افقی و عمودی تشکیل شده است. بخش افقی آن با داشتن ترمینالهای افقی محل اتصال کابلهای خارج شده از راک های مشترکین به MDF می باشد. (Switch Side) در این قسمت MDF به دلیل ساختار کارت های مشترکین که اغلب مضربی از 8 می باشند، 32 الی 256 زوجی هستند.
بخش عمودی MDF با داشتن ترمینالهای 100تایی محل اتصال مشترکین از مکان سرویس تا مرکز تلفن می باشد. (Subscriber Side)
اتصال بین بخش عمودی و افقی در MDF توسط کابلی که آن را کابل رانژ می گویند، برقرار می گردد.
شبکه های چندطبقه:
با افزایش روزافزون مشترکین و همچنین جهت ارتباطات بین شهرها و بین کشورها طراحان شبکه برای کاهش هزینه یکسری طبقه بندی هایی انجام دادند. بدین ترتیب که جهت ارتباط مراکز شهری از یکسری مرازک دیگر استفاده نمودند. مثل مراکز:
TR (Transit Exchange) , TX (Transit Exchange)
LX (Local Exchange) , SC (Secondary Exchange)
PC (Primary Exchange) , ISC (International Switching Center)
شبکه های مخابراتی از نظر مراتب دسترسی به سه سطح زیر قسمت می شوند:
1- شبکه های بین الملل:
شبکه ای است که امکان برقراری ارتباطات بین مشترکین کشورهای مختلف را مهیا می سازد. مراکز موجود در این شبکه به ISC معروفند.
2- شبکه های بین شهری:
این شبکه ارتباطات بین شهری مختلف را برقرار می سازد. مراکز موجود در این شبکه به STD معروفند. مراکز STD نیز دارای سه نوع مختلف به نامهای TX ، SC و PC می باشند.
3- شبکه های شهری:
شبکه ای است که امکان برقراری ارتباطات بین مشترکین یک شهر را مهیا می سازد. مراکز موجود در این شبکه به قرار زیر می باشند:
الف) مراکز شهری یا محلی- LX (Local Exchange):
شبکه ای است که دارای مشترک بوده و با توجه به شبکه ای که به کار گرفته می شوند، دارای دو نوع کم ظرفیت و پرظرفیت می باشند.
سویچهای کم ظرفیت به سویچهایی اطلاق می شود که کمتر از 5000 شماره مشترک داشته باشد. معمولاً در نقاط روستایی و با جمعیت کمتر به کار می رود و دارای ظرفیت های 100، 256، 512، 1000، 2000، 3000 و 4000 شماره می باشد.
سوئیچهای پرظرفیت به سوئیچهایی اطلاق می شود که بیش از 5000 شماره مشترک داشته باشند. معمولاً در شهرها و نقاط با جمعیت زیاد به کار می روند و دارای ظرفیتهای k5، k10، k15، k20، k25، k30، k35 و k40 و در برخی موارد با تکنولوژی های جدید با ظرفیتهای بیش از k100 نیز تولید می گردد.
ب) مراکز ترانزیت- TX (Terminal Exchange):
مراکزی هستند که فاقد مشترک بوده و تمام ظرفیت آن به صورت ترانکهای ورودی و خروجی است. معمولاً در شبکه های شهری بزرگ و با ترافیک نسبتاً زیاد به کار گرفته می شوند. ظرفیت این مراکز بیش از 5000 ترانک در نظر گرفته می شود.
پ) مراکز شهری ترانزیت- LTX (Local Terminal Exchange):
این مراکز ضمن داشتن مشترک نظیر مراکز LX پرظرفیت، قابلیت مراکز ترانزیت TX را نیز دارا می باشند و به منظور اقتصادی بودن به جای بکارگیری از مراکز TX با ظرفیتهای کمتر از 1000 ترانک، برخی از مراکز شهری را به صورت LTX در نظر می گیرند.
ت) مراکز داخلی:
مراکزی هستند به نام PABX و PBX که معمولاً نظیر سوئیچ های کم ظرفیت بوده و بیشتر در سازمانها و ارگانهای دولتی و غیردوبتی که از ترافیک نسبتاً زیادی برخوردارند، استفاده می شوند (به عنوان تلفنهای داخلی معروفند). جهت جلوگیری از ورود این ترافیک داخلی زیاد به شبکه شهری، از مراکز PABX و PBX استفاده می گردد.
سوئیچ های PABX تمام اتوماتیک بوده و مشترکین آن بدون نیاز به اپراتور می توانند با گرفتن یک رقم نظیر رقم صفر یا هشت وارد شبکه شهری شده و مانند سایر مشترکین عادی به شبکه های بین شهری و بین الملل دسترسی داشته باشد. اما در سوئیچ های PBX این دسترسی فقط به کمک اپراتور و مرکز امکان پذیر است.
ث) مراکز Remote:
اغلب در شبکه های شهری جهت سرویس دهی به کلیه مشترکین و یا جهت سرویس دهی به مشترکین روستاهای نزدیک و یا حتی حومه شهرهای بزرگ به علت زیادبودن مسافت، مشکلات اقتصادی بوجود می آید برای رفع این مشکل شرکت مخابرات با طراحی های مناسب سوئیچی را در منطقه موردنظر نصب کرده و با یک کابل مستقیم و یا فیبر نوری آن را به OMT مرکز اصلی یا مادر متصل می کند بدین ترتیب از نظر کابل کشی برای آن دسته از مشترکین، صرفه جویی قابل ملاحظه ای انجام می شود لازم به ذکر است که کلیه عملیات نگهداری از طریق مرکز اصلی صورت می گیرد و در مرکز Remote حداکثر یک اپراتور کشیک جهت حوادث پیش بینی شده حضور دارد.
د) مراکز روستایی:
برای روستاهایی که به شهر نزدیک نبوده و یا دارای مسیرهای صعب العبور هستند نمی توان از مراکز Remote استفاده کرد پس شرکت مخابرات اجباراً مرکزی را در آنجا راه اندازی کرده و توسط امواج مایکروویو و شبکه های ماهواره ای آن را به شبکه مخابراتی کشور متصل می کند چون معمولاً هزینه کابل کشی برای این مراکز به علت پستی و بلندی های مسیر بسیار زیاد است. از جمله مشکلات مراکز روستایی هزینه های اولیه بالا و در نهایت بهره و سوددهی کم برای شرکت مخابرات می باشد.
تذکر:
معمولاً مراکز Remote و روستایی حداکثر 5000 مشترک را زیر پوشش قرار می دهند.
طرح شماره گذاری (Nombering):
جهت تعیین شماره یک مشترک یا به طور کلی طرح نامبرینگ شبکه های شهری لازم است براساس انواع مراکز موجود در شبکه صورت گیرد.
الف) نامبرینگ کدهای خدماتی:
این نامبرینگ به منظور ارائه برخی سرویسهای خدماتی جهت مشترکین می باشد و در حالت کلی به صورت 1XX تعیین می گردند. نظیر کدهای خدماتی مربوط به اورژانس (115)، آتش نشانسی (125)، پلیس (110) و…
ب) نامبرینگ مراکز بین شهری و بین المللی:
در حالت کلی این نامبرینگ با رقم صفر آغاز می شود و مشترکین را به سمت مراکز STD یا ISC هدایت می کند.
پ) نامبرینگ مراکز شهری:
نامبرینگ مراکز شهری به یکی از حالتهای زیر تعیین می گردد:
AXXXX – ABXXXX – ABBXXXX
با توجه به ایکه پیش شماره (1) جهت سرویسهای خدماتی و صفر (0) جهت ارتباطات بین شهری و بین الملل و رقم (9) بنا به توصیه مجمع جهانی مخابرات (ITUT) به سرویسهای خاص و موبایل اختصاص یافته است.
بنابراین رقم A می تواند از (82) و رقم B می تواند از (90) در نظر گرفته شود. بنابراین با توجه به این مطالب مرکز شهری به صورت زیر خواهد بود:
شماره
70000 = 10000 × 7
حداکثر
AXXXX
شماره
700000 = 10000 × 10 × 7
حداکثر
ABXXXX
شماره
700000 = 10000 × 10 × 7
حداکثر
ABBXXXX
ت) نامبرینگ مرکز PABX/PBX:
با توجه به اینکه مراکز داخلی معمولاً از طریق نزدیک ترین مراکز شهری موسوم به مرکز مادر به شبکه های شهری متصل می گردند، لذا مناسب تر است در تعیین نامبرینگ مراکز داخلی از پیش شماره مرکز مادر استفاده نموده که در این حالت رقم دوم را عدد یک (1) در نظر می گیرند و شماره های داخلی نیز بر حسب ظرفیت حداکثر چهار رقم خواهند بود. به عنوان مثال مرکز داخلی متصل به مرکز شهری نوع سوم و LX52 می تواند دارای نامبرینگ 511XXXX و 512XXXX باشد.
طرح نامبرینگ:
چون به شیوه قدیم تعداد کدها در کشورها خیلی زیاد بود و با توسعه مراکز زیادتر هم می شد و این خود باعث سردرگمی و اشتباه در شماره گیری مشترکین و درنتیجه اختلال در شبکه مخابرات بود، پس با ارائه این طرح نامبرینگ جدید و اجرای آن تعداد کدها کم شد.
طبق این طرح نامبرینگ به کل کدهای مناطق رقم یک (1) اضافه شد. به عنوان نمونه در ایران به استثناء تهران در هفت منطقه دیگر این طرح اجرا شد.
بابل (0111)، تهران (021)، اصفهان (0311)، تبریز (0411)، مشهد (0511)، اهواز(0611)، شیراز(0711)، همدان(0811).
واضح است که نامبرینگ LXهای تابعه فوق نیز تغییر می کند.
در طرح نامبرینگ جدید، کدهای (0)9XX، از کدهای مناطق، جهت دسترسی به شبکه های مختلف و سرویسهای ویژه در نظر گرفته شده است:
(0)90X: سرویسهای شبکه هوشیار
(0)91X: سرویسهای مختلف موبایل
(0)92X: رزرو شبکه های مختلف موبایل
(0)93X: رزرو شبکه های مختلف موبایل
(0)94X: شبکه فراخوان
(0)95X: رزرو شبکه فراخوان
(0)96X: کدهای خدماتی قابل دسترسی از کل کشور
(0)97X: شبکه دیتا (Data)
(0)98X: رزرو شبکه دیتا
(0)99X: شبکه های ماهواره ای
در حال حاضر برای کدهای خدماتی قابل دسترسی از کل کشور از (0)99X استفاده می شود.
X : (0  9)
سیگنالینگ (Signaling):
کلیه مراکزی که تا به حال گفته شد جهت برقراری ارتباطات باید با هم ارتباط داشته باشند. کابلها مسیر ارتباط این مراکز را فراهم می کنند. زبانی که تجهیزات مخابراتی را قادر به برقراری ارتباط می کند، سیگنالینگ نام دارد. هر قدر سیگنالینگ در سیستم بیشتر باشد آن سیستم قوی تر است. این زبان اصول خاص خود را دارا است که بسته به نوع شبکه متفاوت است.
در سیستم های سوئیچینگ انواع سیگنالها برای برقراری ارتباط بین مراکز و مشترکین ارسال و دریافت می شود. این سیگنالها شامل انواع اطلاعات نظیر درخواست مکالمه، شماره مشترک، نوع سرویس، نوع مسیر و… می باشد.
محل سیگنالینگ:
سیگنالینگ در یک شبکه تلفنی برحسب کاربرد آن در سطوح و قسمتهای مختلف به انواع زیر تقسیم می شوند:
الف) سیگنالینگ خط مشترک (Subscriber Line Signaling):
این سیگنالین به عنوان سیگنالینگ پایه (Basic Signaling) شناخته می شود و شامل عملیات ابتدایی سیگنال بین مشترک و مرکز محلی می باشد. سیگنالینگ خط مشترک شامل سیگنالهایی است که در جهت رفت و برگشت بوده و به دو سیگنال مراقبت و انتخاب سیستم تقسیم می شود. سیگنالهای خط خطوط مشترکین مستقل از نوع سیستم مرکز تلفن و نوع شبکه های مخابراتی بوده و شامل سیگنالهای زیر می باشد:
– سیگنال (On-Hook) که وقتی گوشی تلفن بر جای خود قرار دارد، جهت سیستم ارسال می گردد.
– سیگنال تصرف (Seizure) که با برداشتن گوشی تلفن بیانگر تقاضای مکالمه است.
– اطلاعات آدرس شماره گیری.
– سیگنال قطع رفت که با گذاشتن گوشی تلفن مشترک تلفن کننده نشان دهنده خاتمه مکالمه می باشد.
– سیگنال جواب (Answer)
– سیگنال قطع برگشت که با گذاشتن گوشی تلفن مشترک تلفن شنونده ختم مکالمه را اعلام می کند.
ب) سیگنالینگ بین مراکز (Inter Exchange Singnling):
عبارت است از سیگنالهایی که بین دو مرکز ارسال و دریافت می شوند و شامل اطلاعات ارسالی در دو جهت رفت و برگشت است.
عملیات سیگنالینگ:
سیگنالها با توجه به نوع عملیاتی که باید انجام دهند به دو دسته تقسیم می شوند. منظور از عملیات سیگنالینگ دسته بندی سیگنالها از لحاظ عملیاتی است که آن سیگنال انجام می دهد. مثلاً سیگنال وظیفه نظارت را داشته باشد و یا سیگنال آدرس دهی باشد.
الف) سیگنالینگ خط (Line Signaling):
این سیگنالها اغلب به منظور تصرف یک مدار، مراقبت و یا نظارت یک مکالمه به کار می روند. شارژینگ، اشغال، تصرف و پاسخ از انواع سیگنالهای خط می باشند.
ب) سیگنالینگ ریجیستر (Register Signaling):
این سیگنالها اغلب شماره مشترک خواسته شده و یا سایر اطلاعات نظیر شماره گیری، پایان انتخاب مسیر و غیره که در برقراری مکالمه مورد نیاز است می باشند.
تکنیک های سیگنالینگ:
الف) سیگنالینگ کانال مرتبط- CAS (Channel Associated Signaling):
روشی از سیگنالینگ می باشد که کلیه سیگنالها روی کانالی که ترافیک تلفنی را حمل می کند ارسال و دریافت می شوند و یا دائماً در کانالی وابسته به آن انتقال می یابند. در واقع ترافیک سیگنالینگ و صوت از یک مدار عبور می کند.
انواع سیگنالینگ CAS عبارت است از:
– سیگنالینگ بین مشترک و مرکز تلفن محلی (آنالوگ)
– سیگنالینگ بین مراکز آنالوگ یعنی سیگنالینگهای
NO.1 , NO.2 , NO.3 , NO.4 , NO.5
ب) سیگنالینگ کانال مشترک- CCS (Common Channel Signaling):
در این روش کلیه سیگنالها روی کانالی جدا از کانال محل ترافیک تلفنی، ارسال و دریافت می شود.
انواع سیگنال CCS عبارت است از:
– سیگنالینگ بین مشترک و مرکز دیجیتال
– سیگنالینگ بین مراکز (NO.7 و NO.6)
مزایای سیستم CCS بر CAS:
– کاهش تاخیر در برقرار ارتباط
– انعطاف پذیری در برابر سیستمهای آینده
– ارسال همزمان سیگنال بدون درنظرگرفتن مسیر مکالمه
– استفاده از مدارات مکالمه به صورت دو طرفه یا Both Wav
– غیرقابل دسترس بودن کانال کنترل سیستم سیگنالینگ کانال مشترک
– عدم امکان سوء استفاده توسط مشترکین به دلیل مورد فوق
در حال حاضر سیستمهای سیگنالینگ NO.7 و NO.6 کاربرد دارد و بقیه از رده خارج شده اند. سیستم سیگنالینگ NO.6 در سال 1968 برای ارتباطات بین الملل، کشوری، ناحیه ای و محلی به صورت دوطرفه استاندارد گردید.
در سال 1980 به علت محدودیت های سیستم سیگنالینگ NO.6 سیستم سیگنالینگ NO.7 استاندارد شد. این سیستم براساس ارتباطات داده بنا گردید و قادر است بسیاری از سرویسها را پوشش دهد. ساختار این سیستم به صورت لایه ای بوده، به همین دلیل از انعطاف پذیری زیادی برخوردار است.
مقایسه سیستم سیگنالینگ NO.6 و NO.7:
– سیسیتم سیگنالینگ NO.6 برای انتقال داده های لینگ آنالوگ و سیستم سیگنالینگ NO.7 برای انتقال داده های لینک های آنالوگ و دیجیتال استفاده می شود.
– واحد سیگنال در سیستم NO.6 از 28 بیت تشکیل یافته و طول هر واحد ثابت است. ولی در سیستم NO.7 طول واحد سیگنال ثابت نمی شود.
– جهت تشخیص خطا در سیستم NO.6 و NO.7 بیتهای مخصوصی به نام CRC در نظر گرفته شده، که در سیستم NO.6 تعداد این بیتها 8 بیت و در سیستم NO.7 تعداد آنها 16 بیت است.
– سیستم سیگنالینگ کانال مشترک NO.7 دارای ساختار شبکه ای بوده و می تواند در یک شبکه سلسله مراتبی ظاهر شود، در حالی که سیستم NO.6 اینگونه نیست.
– در سیستم NO.6 هر 12 واحد سیگنال در یک بلوک قرار گرفته و سپس ارسال می شود. در حالی که در سیستم NO.7 هر واحد سیگنال پس از ساخته شدن به طور مجزا ارسال می شود.
فصل دوم:
ساختار سوئیچ EWSD2 (Version 6.2)
مقدمه:
با پیشرفتهایی که در صنعت برق و بخصوص در زمینه الکترونیک و نیمه هادی های حاصل شده است، کل سیستم های برقی دچار تحول شده اند. مخابرات و خصوصاً سوئیچ های مخابراتی نیز این قاعده مستثنی نبوده و روز به روز سوئیچ های پیشرفته تر با حجم کمتر و با سرعت سوئیچینگ بالاتر وارد عرصه مراکز مخابراتی شده و می شوند.
شبکه های مخابراتی به طور کلی به دو بخش شبکه انتقال و شبکه سوئیچ تقسیم می شوند. خود شبکه سوئیچ از نظر سخت افزاری به سه قسمت تقسیم می شود:
1- مدارات مربوط به سیگنالینگ که زبان ارتباط بین دو سیستم سوئیچ می باشد.
2- مدارات مربوط به کنترل که وضعیت پردازش اطلاعات ورودی و کنترل اتصالات به مدارات کنترل را به عهده دارد.
3- مدارت مربوط به سوئیچینگ که برای برقرارکردن و یا قطع یک ارتباط مورد نیاز است.

انواع سوئیچ ها:
1- سوئیچ اپراتوری:
اولین سوئیچ، یک سوئیچ اپراتوری بود. به این ترتیب که خطوط مشترکین که زیاد هم نبودند، وارد مرکز شده و سپس به میزهای فرمان پارتور (تلفن چی) متصل می شد. هر مشترک که تقاضای مکالمه با مشترکی دیگر ی کرد اپراتور ارتباط آنها را با یک زوج سیم برقرار می کرد. واضح است که تعداد مکالمات همزمان نصف تعداد مشترکین بود.
2- سوئیچ دو حرکتی (Stroger):
این سوئیچ توسط دو موتور که دو محور افقی و عمودی را به حرکت در می آورند، کنترل می شود. به این روش که به هر مشترک دو شماره اختصاص می یابفت که شماره اول معرف سطری بود که مشترک در آن حضور داشت و شماره دوم معرف ستون مربوط به مشترک مورد تقاضا بود.
با اعمال این شماره دو رقمی ابتدا یکی از موتورها از پایین به طرف بالا حرکت می کرد و یک بازوی اهرمی را به سطر مربوطه می رساند، سپس موتور دوم وارد عمل می شد و بازوی اهرمی را از چپ به راست حرکت می داد تا به ستون مورد نظر (شماره دوم) برسد. بدین ترتیب مشترک مبدا به مقصد متصل می گشت. این سوئیچ در سال 1889 توسط فردی به نام استروگر اختراع شد که تحولی در مراکز مخابراتی بوجود آورد. با توجه به دو حرکتی بودن آنها فقط دارای مشترکین با شماره های دورقمی بود. اما کم کم با تکمیل این کلیدها به صورت چندحرکتی این مشکل نیز رفع شد.
3- سوئیچ یک حرکتی (EMD):
این سوئیچ نیز به مانند سوئیچ دو حرکتی بود، اما با این تفاوت که از سلکتوری با دو بازو استفاده می شد. به این ترتیب که یکی از بازوها روی مشترک مبدا قرار می گرفت و بازوی دوم با توجه به شماره گرفته شده می چرخید تا روی شماره مشترک مقصد قرار گرفته و ارتباط را برقار می کرد.
4- سوئیچ تقاطع میله ای XB (Cross Bar):
عملکرد این سوئیچ نیز مانند کلیدهای دوحرکتی اتوماتیک بود، با این تفاوت که شماره مشترک از تقاطع یک سری میله ها حاصل می شد.
– سوئیچ تقاطع نقطه ای XP (Cross Point):
این سوئیچ ها که بعدها به سوئیچ های ماتریسی معروف شدند، اینگونه عمل می کردند که در تقاطع خط ورودی (خطوط عمودی) و هر خط خروجی (خطوط افقی) یک مکانیسم اتصال شامل رله و سلکتور وجود داشت.
با گرفتن شماره، رله مربوط به مشترک مقصد و رله مربوط به مشترک مبدا عمل نموده و ارتباط را برقرار می کردند. این سوئیچ ها حجم زیادی را اشغال می کرند و دارای کنترل مشترک بودند.
5- سوئیچ الکترونیکی:
در قسمت سوئیچ این سوئیچ ها از دیود و ترانزیستور به جای سلکتور و رله مکانیکی استفاده شده بود و کنترل آن هم به صورت Store Program Control بود. به این روش که با برنامه هایی که به کامپیوتر می دادند کنترل می شد.
6- سوئیچ دیجیتال:
در قسمت داخلی این سوئیچ ها از مدارات مجتمع (IC) استفاده شده است. کنترل آن به صورت SPC بوده و آخرین تکنیک سوئیچ های مداری می باشد.
مزایای سوئیچ دیجیتال:
1- مدارات کنترل و سوئیچ از قطعات نیمه هادی که قیمت آنها به نسبت رله ها و سلکتورهای مکانیکی خیلی کمتر است، تشکیل شده است.
2- در سیستم های آنالوگ از روش تقسیم فرکانسی استفاده می شد که فیلترهای حساس و گران قیمتی نیاز داشت، اما در سوئیچ دیجیتال چون از تقسیم زمانی و مکانی استفاده می گردد، نیازی به اینگونه فیلترها نخواهد بود.
3- چون اطلاعات سیگنالینگ ذاتاً دیجیتالی هستند پس در سوئیچ دیجیتال سیگنالینگ آسانتر صورت می گیرد.
4- در آنالوگ نویز در حدود 60-50 دسیبل است، در صورتی که چون در دیجیتال با صفر و یک سر و کار داریم، نویز کمتری داریم. (در حدود 25-15 دسیبل)
5- چون در دیجیتال از صفر و یک جهت انتقال داده ها استفاده می شود احتمال همشنوایی جود نخواهد داشت.
6- در سیستم دیجیتال به راحتی و با مشکل کمتری می توان تضعیف سیگنال را جبران نمود.
7- چون در سیستم دیجیتال برای انتقال صوت و اطلاعات از صفر و یک استفاده می شود، بسیاری از سرویسها که در سیستم آنالوگ نیست را به راحتی می توان در اختیار مشترک قرار داد.
معایب سوئیچ دیجیتال:
1- بالارفتن هزینه در اثر افزایش پهنای باند فرکانسی، (در دیجیتال پهنای باند هشت برابر آنالوگ است)
2- نیاز به تبدیل آنالوگ به دیجیتال و بالعکس
3- باید کل سیستم چه از نظر داخلی و چه از نظر خارجی (با مراکز دیگر) همزمان بوده و دارای کلاک همزمان باشد.
مدارات کنترل سوئیچ:
مدارات کنترل وظیفه پردازش اطلاعات و سیگنالینگ ورودی به سیستم، جهت برقراری یا قطع ارتباط را بر عهده دارند.
کنترل در سوئیچها به سه طریق صورت می گیرد:
1- کنترل متمرکز (Centralized Control):
در این نوع کنترل هر پروسسور می تواند به تمام منابع و برنامه ها دسترسی داشته باشد. جهت بالابردن ضریب اطمینان (قطع شدن ارتباط) برنامه ها را در چند جای مختلف قرار می دهند تا در صورت آسیب دیدن یک قسمت برنامه در جایی دیگر وجود داشته باشد. (همانند سوئیچ EWSD زیمنس)
2- کنترل گسترده (Distributed Control):
در این نوع کنترل پروسسورها در کل سیستم تقسیم شده اند و هر یک وظیفه خاصی را انجام می دهند. (همانند سوئیچ S12 یا SSEL)
3- کنترل دوواحدی (Doul Control):
در این نوع کنترل که دارای ضریب اطمینان بالا می باشد از دو سیستم کنترلی که یکی به صورت فعالی و دیگری به صورت Stand dy است، استفاده شده است. در هنگام کار، سیستم در صورتی که اختلالی در سیستم Active پیش آید، به طور خودکار سیستم Stand by وارد عمل شده و وظایف را به عهده می گیرد.
قبل از اینکه به بررسی ساختار سوئیچ EWSD بپردازیم، لازم است لینک ارتباطی که در این سوئیچ به کار رفته را به صورت مختصر بیان کنیم:
لینکهای PCM (Pulse Code Modulation):
در شروع ارتباطات تلفنی، مسیرهای ارتباطی انفرادی و اختصاصی بود. این روش که به SDM معروف بود. (Space Dividion Multipex) بسیار پرهزینه و برای مشترکین کم بود. برای اینکه بتواند از یک خط انتقال برای چند مشترک استفاده کنند روشهای مالتی پلکسینگ اختراع شد. مالتی پلکس کردن یعنی استفاده از یک کانال مشترک برای فرستادن بیش از یک مکالمه به صورت همزمان.
با بیشترشدن مشترکین روش FDM یا مالتی پلکس تقسیم فرکانسی پدید آمد (Frequency Dividion Mux)، که عبارت بود از تقسیم باند پهن فرکانس به باندهای فرعی. به علت احتیاج به فیلترهای دقیق و حساس برای این تقسیمات فرکانسی روش خوبی نبود.
پس از آن به روش تقسیم زمانی TDM (Time Dividion Mux) روی آورده شد. روی هر مسیر در هر 125 میکروثانیه، 32 کانال ایجاد کردند.
هریک از این کانالها از نظر باند صوتی KHz4 است. یک کانال در هر کدام از پریودهای زمانی مختص یک سیگنال تلفنی است. پس به طور همزمان می توان چند سیگنال تلفنی را ارسال کرد. اساس TDM بر پایه این تئوری استوار است که برای انتقال سیگنالهای تلفنی ارسال کامل شکل موج لازم نیست و کافی است که از موج در فواصل منظم نمونه برداری شده و این نمونه ها ارسال گردد. اگر نمونه های شکل موج یعنی پالسها با دامنه های مختلف به سیگنالهای باینری تبدیل شوند، این روش را روش PCM می نامند. در این روش معمولاً از 8 بیت استفاده می شود و نمونه های شبه پالس مدرج کدبندی می شوند.
اصول PCM:
طبق قضیه شانون یا قضیه نمونه برداری، اگر فرکانس نمونه برداری حداقل معادل دو برابر بزرگترین فرکانس موجود در سیگنال باشد، می توان سیگنال را مجدداً با استفاده از نمونه های آن ساخت.
باند فرکانس صوت KHz4 است، پس حداقل فرکانس نمونه برداری برابر است با KHz8. به عبارت دیگر از یک سیگنال صوتی 8000 بار در ثانیه می توان نمونه برداری کرد. فاصله زمانی بین دو نمونه برداری (پریود) از یک سیگنال نیز با توجه به فرکانس برابر 125 میکروثانیه است. (T=1/f)
این نمونه ها هنوز به صورت آنالوگ هستند. چون ارسال نمونه ها به صورت دیجیتال آسانتر است، آنها را با روشهای خاصی به صورت کدهای دیجیتال درآورده و انتقال می دهند. دو نوع لینگ PCM وجود دارد. یکی PCM 30 کانال که در آسیا و اروپا کاربرد دارد، دیگری PCM 24 که در امریکا و ژاپن به کار رفته است. لینکهای PCM 24 از PCM 30 بهترند. چون همانند اطلاعات را به جای 30 کانال روی 24 کانال انتقال می دهند، که این باعث کاهش پهنای باند خواهد شد.
لینکهای PCM شامل 32 کانال می باشند که روی هر کانال یک کلمه PCM هشت بیتی قابل ارسال یا دریافت است.
از ویژگی های سیستم انتقال PCM این است که مدارهای صحبت از کانالهای مجزا تشکیل شده اند. همچنین قسمتهای ارسال و دریافت سیگنال با هم همزمانی دارند. برای مسافتهای طولانی در فاصله های 2 الی 5 کیلومتری، تجهیزات نصب شده اند که سیگنالهای PCM را در هر دو جهت بازسازی می کنند. بنابراین از هر نوع اعوجاج ناشی از تداخل خارجی و پارامترهای خطوط انتقال جلوگیری می گردد.
سیستم های انتقال PCM 30:
این سیستم توانایی انتقال 30 کانال مکالمه همزمان از طریق 2 زوج سیم یک کابل را دارد. هشت هزار نمونه در ثانیه به صورت کلمات PCM هشت بیتی در هر جفت سیم برای هر یک از 30 مدار صحبت منتقل می شود. بدین معنا که در یک پریود 125 میکروثانیه ای 30 کلمه PCM که هر کدام 8 بیتی هستند به صورت متوالی در هر جفت سیم منتقل می شوند.
علاوه بر این 30 کلمه PCM، دو کلمه هشت بیتی نیز یکی برای سیگنالینگ (کانال 16) و دیگری به عنوان تنظیم و دسته بندی کلمات و کلمات سرویس در نظر گرفته شده است. (کانال صفر)
کانال 16 برای اطلاعات سیگنالینگ است. در سیگنالینگ CAS کانال 16 به گونه ای تقسیم شده که بیت های مشخص برای هر یک از 30 کانال تلفنی (صحبت) در دسترس می باشد. اگر این کانال برای انتقال سیگنالینگ به روش CAS به کار نرفته باشد، می تواند جهت ارسال سیگنالهای دیجیتال دیگر مثل CCS یا برای اطلاعات به کار رود.
مزایای سیستم انتقال PCM:
1- تکنولوژی دیجیتال درون سیستم به کار رفته است.
2- استفاده چندگانه از تجهیزات خط و مرکز با استفاده از روش TDM.
3- صحبت در جهت رفت و برگشت مسیر جداگانه دارد. (با دو سیم)
4- اشغال فضای کمتر
5- ظرفیت ترافیکی سوئیچینگ زیاد و انسداد داخلی ناچیز.
6- امکان سرویس های متعدد ادغام شده در یک شبکه مثلاً تلفنی
7- ارسال انواع اطلاعات و فاکس از راه دور با سرعت زیاد
8- وجود کانالهای دیجیتالی تا خود مشترکین برای هر دو جهت مکالمه، شرایط مساعدی را برای استفاده از امکانات بیشتر مانند استفاده از تلفن بدون گوشی پدید می آورد.
9- وجود یک کانال سیگنالینگ دائمی (کانال 16) در هر دو جهت مکالمه بین تلفن تا مرکز، امکاناتی مانند نمایش شماره تلفن خواسته شده، ضبط پیامهای تلفنی، سرویسهای ویژه و غیره را دو تلفن دیجیتال قابل دسترسی خواهد کرد.
سوئیچ EWSD (Electronic Wehter Switching Digital):
این سوئیچ به لحاظ سخت افزاری به 4 قسمت که هر قسمت را یک Sub System می نامند، تقسیم می گردد:
1- Access 2- Signaling 3- Switching 4- Corddination
این قسمتها به لحاظ سخت افزاری از یکدیگر مجزا بوده و بسته به نوع و مدل سوئیچ ممکن است هر قسمت شامل دو یا چند برد باشند.
دیاگرام شماره یک قسمتهای مختلف یک سوئیچ EWSD را نشان می دهد. همانطور که مشاهده می گردد هر قسمت خود به چند قسمت تقسیم می گردد. هر کدام از این قسمتها جهت انجام یکسری از عملیاتی که باعث برقرای ارتباط بین دو مشترک می شود، طراحی شده است. جهت نظارت به کیفیت کارکرد این قسمتها، هر قسمت شامل یک کنترلر می باشد که عملکرد قسمت مربوطه خود را زیر نظر داشته و در صورت بروز اشکال توسط آلارمهایی آن را به اپراتور اطلاع می دهد.
شاید این سوال پیش آید که به جای چند کنترلر چرا از یک کنترلر استفاهد نشده است؟ اول اینکه عملکرد هر قسمت با قسمت دیگر متفاوت است پس قطعات و اجزاء کنترلر هر قسمت نیز با قسمتهای دیگر تفاوت دارد که این خود باعث می شود این قسمتها و همچنین کنترلر آنها از لحاظ سخت افزاری با هم فرق داشته باشند. از این هم که بگذریم از لحاظ ضریب امنیت نیز وجود چند کنترلر مناسب تر است چون در صورت خرابی می توان به صورت مجزا جهت ترمیم سیستم اقدام کرد. اما اگر یک کنترلر مرکزی همه این کنترلها را انجام دهد، در صورت ایجاد اشکال کل سیستم دچار اختلال شده و به جای مثلاً تعویض یک برد باید چندین برد تعویض گردد که این از لحاظ اقتصادی که مهمترین عامل تاثیر گذار در کل موارد صنعت به خصوص مخابرات است مقرون به صرفه نخواهد بود.
پس یکی از بارزترین خصوصیات سوئیچ EWSD کنترل کننده آن است که به صورت متمرکز عمل می کند نه گسترده.

ساختار سوئیچ EWSD

– ACCESS:
بخش ACCESS یا دسترسی، رابط بین شبکه سوئیچ و استفاده کننده های آن یعنی مشترکین و مراکز دیگر می باشد. این قسمت از دو جزء اصلی یعنی DLU و LTG تشکیل شده است.
واحد DLU (Digital Line Unit):
DLU واحدی است که جهت برقراری مکالمه به مشترکین سرویس دهی می کند. هر DLU دارای دو سیستم مجزا یعنی SYS0 و SYS1 می باشد که هر کدام می تواند به تنهایی وظایف DLU را انجام دهند. در صورتی که هر دو سیستم فعال باشند بار ترافیکی رو هر دو آنها تقسیم می گردد، اما در صورتی که به هر علتی یکی از این دو سیستم خراب شود آن یکی سیستم وظایف آن را به عهده می گیرد و به این طریق ضریب اطمینان سیستم را افزایش می دهد.
دیاگرام شماره 2 اجزاء داخلی یک DLU و نحوه ارتباطات داخلی آنها را نشان می دهد.

Main DLU Components
انواع ارتباط بین DLU و LTG:
ارتباط بین DLU و LTG به سه صورت انجام می گیرد:
1- سیستم (Direct)
2- ضربدری (Cross-Over)
3- تصادفی (Random)
از سه روش فوق روش ضربدری دارای ضریب اطمینان بالاتری می باشد. چون در این روش DLU به هر دو LTG موجوددر ACCESS متصل شده و درنتیجه اگر یکی از LTGها خراب شود ارتباط خود به خود از طریق LTG بعدی برقرار می گردد.
بسته به تعداد مشترکین ممکن است هر یک از سه روش فوق را جهت ارتباط بین DLU و LTG به کار برند اما معمولاً حتی برای مشترکین کم هم از روش ضربدری استفاده می کنند.
دیاگرام شماره 3 نحوه ارتباط DLU و LTG را به طور کلی و همچنین دیاگرام 3 این ارتباط را برای چند ظرفیت خاص نشان می دهد.

ارتباط DLU و LTG توسط لینکهای PDC

ارتباط DLU و LTG برای چند ظرفیت خاص

چگونگی برقراری ارتباط بین یک مبدا مکالمه و مقصدش:
الف) ارتباط دو مشترک هم مرکز (مشترک A- مشترک B)
مراحل برقرارشدن این ارتباط به ترتیب زیر است:
1- برداشتن گوشی توسط مشترک A
2- DLU پرونده مشترک را بررسی می کند و مسیر ارتباطی به سمت LTG را چک می کند.
3- در صورت عدم وجود مشکل، برای مشترک A بوق آزاد یا شماره گیری می فرستد.
4- مشترک شروع به شماره گیری می کند. DLU با دریافت اولین رقم بوق شماره گیری (D.T) را قطع می کند.
5- DLU ارقام گرفته شده را به همراه مشخصات مشترک A برای LTG ارسال می کند. (به صورت پیام سیگنالینگی)
6- LTG از طریق کانال صفر SDC این موضوع را با CP در میان می گذارد و با LTG سرویس دهنده به مشترک B تبادل پیام می کند.
7- CP به کمک جداول مسیریابی و برنامه های پردازش مکالمه و مشخصه مشترک B که از LTG مربوطه دریافت کرده است، مشخصات مسیر لازمه را برای دسترسی به مشترک B از طریق SN پیدا می کند.
8- ساختن فرمانهای برقراری مسیر (Path Setup Commands) برای تک تک اجزاء شبکه سوئیچ توسط CP و ارسال این دستورات از طریق SCD : SGC به شبکه سوئیچ.
9- شبکه سوئیچ به کمک این دستورات مسیرهای لازم را می بندد و ارتباط بین LTG مبدا و LTG مقصد برقرار می شود.
10- LTG مقصد، فرمان ارسال زنگ را برای مشترک B و ارسال شبکه زنگ R.B.T (Ring Back Tone) را برای مشترک A صادر می کند.
(در صورتی که مسیر مسدود باشد LTG مقصد، فرمان ارسال بوق اشغال را برای مشترک A صادر می کند)
11- با برداشتن گوشی توسط مشترک مقصد، DLU به LTG مقصد این موضوع را اطلاع می دهد و توسط LTG مقصد، فرمان قطع زنگ و شبکه زنگ صادر می شود.
12- LTG مقصد، برقراری ارتباط را به CP اطلاع می دهد تا CP محاسبه شارژ مکالمه را آغاز کند و اندازه گیری ترافیکی را نیز انجام دهد و کانال مکالمه در اختیار دو مشترک قرار می گیرد.
13- در پایان مکالمه هنگامی که مشترک A گوشی را می گذارد DLUA به LTGA و LTGB به CP این موضوع را اطلاع می دهد. تا فرمان طع و توقف محاسبه شارژینگ صادر شود و LTGA به LTGB پیا می دهد تا LTGB مشترک B را در وضعیت IDLE قرار دهد.
ب) مراحل ارتباط ترانک ورودی و ترانک خروجی در حالتی که سیگنالینگ NO.7 استفاده می شود. (مرکز A- مرکز EWSD)
1- درخواست Call از مرکز A به مرکز EWSD (ترانزیست) به کمک مسیر سیگنالینگ NO.7 ارسال می شود. (با فرض استفاده از لینگ PCM)
2- این پیام به LTG می رسد و LTG آن را مستقیماً به شبکه سوئیچ ارسال می کند.
3- SN پیام را از طریق مسیر نیمه ثابت تحویل CCNC می دهد.
4- CCNC پس از انجام عملیات های لازم متوجه شده که این پیام مربوط به CP بوده و آن را به CP ارسال می کند.
5- CP از روی بخش آدر مشترک B موجود در پیام، LTG مقصد را شناسایی می کندو به کمک جداول مسیریابی، فرمان برقراری مسیر لازمه را صادر و به شبکه سوئیچ می فرستد.
6- شبکه سوئیچ به مبنای فرمان ارسالی از CP مسیر را بین ترانک ورودی و یک کانال آزاد بر روی SDC مربوط به LTG مقصد می بندد.
7- CP از طریق CCNC پیام را به مرکز مقابل می فرستد تا آن مرکز نیز عملیات مسیریابی را در درون خودش ادامه دهد.
چگونگی ارتباط قسمتهای داخلی و خارجی سوئیچ EWSD را در دیاگرام شماره 14 مشاهده می کنید.

چگونگی ارتباط قسمتهای داخلی و خارجی سوئیچ EWSD

منابع:
1- کتاب اصول ارتباط تلفنی، دکتر ملک زواره ای
2- کتاب طراحی مراکز تلفن، دکتر لیاقتی
3- اصول و روشهای طراحی و مهندسی مراکز و شبکه های سوئیچ، شرکت مخابرات ایران.
4- جزوات دوره های مراکز آموزش مخابرات مربوط به پرسنل مراکز.
1 – Main Disterbution Frame
2 – Electronic Wehler Witching Digital
—————

————————————————————

—————

————————————————————