Тема 4- ПЕРЕДАЧА НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ ИМПУЛЬСНЫМИ И ЦИФРОВЫМИ МЕТОДАМИ продолжение Тема лекции- ЦИФР
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Лекция №11
Тема №4: ПЕРЕДАЧА НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ
ИМПУЛЬСНЫМИ И ЦИФРОВЫМИ МЕТОДАМИ (продолжение)
Тема лекции: ЦИФРОВАЯ ПЕРЕДАЧА НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ
Введение
Более перспективными по сравнению с импульсными являются цифровые системы связи, в которых непрерывные сообщения передаются с помощью цифровых сигналов. Большим преимуществом таких систем является то, что цифровой канал связи может быть унифицированным и использоваться для передачи различных сообщений: телефонных, телеграфных, факсимильных и т.д. Особенно это важно в условиях создания интегральных цифровых сетей связи.
4.5. Общие сведения о цифровой передаче непрерывных сообщений
Различают системы связи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией (ДИКМ) и дельта-модуляцией (ДМ).
Схема цифровой системы связи, предназначенной для передачи непрерывных сообщений, изображена на рис.1.
Рис. 1
Для передачи непрерывного сообщения в цифровом канале связи необходимо осуществить следующие преобразования.
Во-первых, дискретизация сообщения во времени.
Во-вторых, квантование по уровням полученной в процессе дискретизации импульсной последовательности.
В третьих, сопоставление каждому уровню квантованного сигнала кодовой комбинации, т.е. квантованная последовательность импульсов кодируется.
Квантование по уровням с последующим кодированием осуществляется в кодере. Декодирование кодовых комбинаций и образование дискретных случайных величин производится в декодере. Соответствующие друг другу кодер и декодер принято называть кодеком.
4.6. Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ)
Принцип импульсно-кодовой модуляции
При импульсно-кодовой модуляции дискретизации по времени и квантованию по уровням подвергается непосредственно само сообщение.
Схема системы связи с ИКМ изображена на рис. 2. На практике процедуры, как дискретизация, квантование и кодирование осуществляется совместно в одном устройстве, называемом аналого-цифровым преобразователем (АЦП).
Рис. 2
Квантование по уровням заключается в том, что измеряется мгновенное значение непрерывного сообщения (отсчета) и ему присваивается один уровень из общего числа возможных. Число уровней квантования зависит от характера передаваемого сообщения. Так, например, для передачи речевого сообщения, согласно международного стандарта, предусмотрено число уровней N=128, для телевизионного сигнала - N=30, а фототелеграфного - N=12. В общем случае N=mn, где n - число разрядов кода, посредством которого передается данное сообщение, а m - основание кода.
Процесс преобразования непрерывного сообщения в цифровой сигнал иллюстрируется графиками на рис.3.
Рис. 3. Преобразование сигналов при ИКМ
Под шагом квантования вх на входе системы понимается разность значений соседних порогов квантования hi. При равномерном квантовании =сonst. Шаг квантования на выходе системы равен разности соседних уровней оцениваемого сообщения .
При равномерном квантовании шаг квантования на входе и выходе системы одинаков и не зависит от номера области квантования. Равномерное квантование реализуется проще, но при неравномерном квантовании, если шаг выбирать в соответствии с характеристиками сообщения, можно обеспечить более высокую точность передачи.
Причинами, приводящими к отличию принятого сообщения от переданного в системе с ИКМ, являются:
а) шум квантования ;
б) помехи в канале, которые накладываются на передаваемые символы кодовых комбинаций и могут вызвать ошибки. Ошибки в символах (при отсутствии избыточности) приводят к ошибочному декодированию всей кодовой комбинации.
Шум квантования не связан с помехами в канале и целиком определяется выбором числа уровней квантования. Очевидно, чем больше уровней квантования, тем меньше разность между квантованным и истинным значениями сообщения, т.к.
,
причем . Его можно сделать сколь угодно малым, увеличивая число уровней квантования. Однако, при этом увеличивается длина кодовых комбинаций, а, следовательно, пропорционально автоматически сокращается длительность элементарного символа, что приводит к расширению спектра сигнала. Можно увеличить интервал дискретизации, но увеличится и ошибка (при постоянной длительности символа).
Неравномерное квантование
Если вероятность достижения сигналом различных уровней квантования неодинакова, то уменьшая шаг квантования для наиболее вероятных значений сигнала и увеличивая для менее вероятных значений сигнала, можно снизить влияние шума. Однако шкала квантования, минимизирующая уровень шума для одного сигнала, оказывается неоптимальной при другом сигнале.
В телефонных системах с ИКМ обычно ставится задача: выбором закона изменения шага квантования обеспечить примерно равное влияние шума квантования в достаточно широком диапазоне уровней входных сигналов.
Одним из возможных способов осуществления непрерывного квантования - использование компандеров. При этом на передающей стороне за счет использования компрессора (рис. 4 а) динамический диапазон сигнала сжимается, а затем равномерно квантуется. На приемной стороне производится обратное преобразование, т.е. цифро-аналоговое преобразование с равномерным шагом, а затем с помощью эспандера (рис. 4 б) восстанавливается исходный динамический диапазон. Система, состоящая из последовательно включенных компрессора и экспандера, называется компандером.
а) б)
Рис. 4
4.7. Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ)
При передаче речи, телевизионных изображений, данных телеметрии между отсчетами передаваемых сообщений имеются корреляционные связи. Наличие таких взаимосвязей позволяет прогнозировать значения отсчетов, исходя из значений предыдущих отсчетов.
При ДИКМ квантуется не отсчет, а разность между предсказанным и истинным значениями отсчета.
Последовательность коррелированных отсчетов исходного сигнала подают на один из входов вычитающего устройства (рис. 5), а на его другой вход поступает сигнал предсказания , сформированный из предыдущих отсчетов.
( наиболее вероятное значение входного сигнала в -й тактовый момент, принятое на основе отсчетов сигнала до (-1)-го тактового момента включительно из статистических сведений входного сигнала. Частным случаем предсказателя является интегрирующая R-цепь, с параметром на уровне 0,5).
Полученный таким образом сигнал ошибки предсказания поступает в тракт передачи. Поскольку в сигнале ошибки как раз и содержатся новые сведения, то такой способ передачи называется передача с предсказанием. На приемной стороне (рис. 5) имеется такой же предсказатель, как и на передающей.
Рис. 5. Структурная схема системы с ДИКМ
Так как он оперирует с теми же предыдущими отсчетами, то предсказанное им значение нового отсчета будет таким же, как и на передатчике. Добавив к нему принятое значение ошибки предсказания , можно восстановить истинный отсчет:
.
Основное различие между вариантами технической реализации ДИКМ состоит в операциях формирования разностного сигнала. В одних системах он формируется в аналоговой форме, а затем квантуется и кодируется, в других - сообщение превращается в цифровую форму и все операции выполняются в цифровом виде.
Так как в системе связи с ДИКМ по каналу связи передается не само сообщение, а ошибка его предсказания, то для обеспечения одинакового с ИКМ качества передачи требуется меньшее число разрядов кода.
Недостатки ДИКМ:
1. Специфическая ошибка, связанная с “перегрузкой по наклону”. Она возникает при быстром изменении сообщения, когда разностный сигнал больше, чем можно передать с помощью кодовой комбинации.
2. Существует эффект, связанный с “накоплением “ ошибок, поскольку ошибочный прием кодовой комбинации сопровождается ошибкой приема не только данного, но и последующих отсчетов.
4.8. Дельта-модуляция (ДМ)
Величина разностного сигнала зависит от степени корреляции между соседними значениями сигнала, сдвинутыми на тактовый интервал . По мере уменьшения корреляция возрастает и уменьшается. Если выбрать значение настолько малым, что не будет превышать одного шага квантования , то передачу можно осуществлять двухуровневым сигналом, используя при этом одноразрядный код. Такой способ кодирования называют дельта-модуляцией.
Рис. 6. Структурная схема системы с ДМ
Квантованный сигнал ошибки имеет вид: , где
Как видно из рис. 6, отсчеты сравниваются с квантованными отсчетами , полученными в результате суммирования всех предыдущих квантованных сигналов ошибки
Если , то квантователь формирует значение , в противном случае - "-1". Полученная последовательность положительных и отрицательных единиц называют дельта-кодом. Полученные символы в цифровом виде передаются по тракту связи. Одновременно эти импульсы поступают на сумматор (интегратор) для формирования квантованного отсчета , который, как указывалось выше, сравнивается с очередным отсчетом сообщения. На выходе сумматора квантованный сигнал имеет вид ступенчатой функции (рис. 7). Каждый импульс +1 увеличивает, а каждый импульс -1 уменьшает ступенчатую функцию на один шаг квантования, т.е. при ДМ соседние значения ступенчатой функции различаются обязательно на один шаг квантования.
Операцию декодирования сигнала ДМ на приемной стороне выполняет интегратор, такой же как и на передающей стороне. На его выходе формируется ступенчатое напряжение, которое после сглаживания с помощью фильтра, является оценкой переданного сообщения.
Рис. 7. Графики, поясняющие принцип формирования сигналов ДМ
Недостатком ДМ является:
- Наличие “перегрузки по наклону”. Это обусловлено тем, что ступенчатая функция не успевает следить за быстрыми изменениями сообщения (см. рис. 7).
- Явление размножения ошибок, создаваемых ложными импульсами (такое же , как и при ДИКМ),.
По сравнению с ИКМ и ДИКМ при ДМ частота следования отсчетов значительно выше. Однако, на каждый отсчет при ДМ передается один импульс, а при ИКМ- несколько, в зависимости от числа уровней квантования. Как показывает анализ, при одинаковой верности передачи частота следования импульсов при ИКМ и ДМ примерно одинакова. Поэтому обе эти системы занимают приблизительно одинаковую полосу частот.
Преимущества ДМ:
1. Сравнительная простота кодирующих и декодирующих устройств.
2. Шум ложных импульсов при ДМ меньше, чем при ИКМ (при той же вероятности ошибки в канале), поскольку при ДМ каждая ошибка изменяет уровень сигнала только на .
Заключение
ИКМ и ДМ широко используются в современных цифровых системах связи, реализуя их достоинства. В современных системах УКВ радиосвязи, например в радиостанциях Р-845 и Р-997, используется разновидности ДМ, учитывающие характер изменения сообщения.
Кодер
Цифровой КС
Декодер
кодек
Дискретизатор
Квантователь
К
РД
АЦП
ПРМ
ДК
Фильтр
ЦАП
(t)
5
4
3
2
1
t
(t)
5
4
3
2
1
уровни
001 010 011 011 код
(t)
АЦП
ЦАП
(t)
’(t)
предсказатель
КС
предсказатель
-
Квантователь
Интегратор
ЛС
Интегратор
Ф
(t)
кв(t)
b()
()
(t)
+1
кв(t)
кв(t)
(t)
+1
0
b()
+1
-1
2. олицетворение философии
3. Рекультивація ландшафтів планування територій відсипання доріг дамб і т
4. тема судебной власти в Иране В результате кардинальной реорганизации судебной власти в 1922~1939 ее основой ст
5. Развитие науки революция или эволюция Философские модели постпозитивизма
6. Тема 1.Аграрне право України в системі права України Аграрне право України як галузь права науки та навчаль
7. табачні руди Керченського басейну
8. Проблемы экологии
9. Мета і завдання педагогічної психології
10. Доклад- Мотыль Владимир Яковлевич
11. Економічне зростання і його чинники
12. по теме стволы к.р
13. Предпосылки Крепостнический строй вступивший в стадию своего разложения стал восприниматься мыслящей ч
14. тема- Активизация речевого высказывания
15. О рекламе 2.
16. фінанси походить від давньофранцузькогоfinncio ~ платіж1
17. перерозподілу ризиків
18. И. В сенях пахло свежими яблоками и висели волчьи шкуры.html
19. министра и министров
20. Загрязнение пресных вод.html