Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Передача дискретных сообщений - файл Политехнический колледж11.htm


Лекции - Передача дискретных сообщений
скачать (2365.1 kb.)

Доступные файлы (17):

Untitled Document.htm1kb.12.10.2004 01:56скачать
Политехнический колледж10.htm38kb.12.10.2004 02:07скачать
Политехнический колледж11.htm39kb.12.10.2004 02:08скачать
Политехнический колледж12.htm28kb.12.10.2004 02:08скачать
Политехнический колледж13.htm32kb.12.10.2004 02:09скачать
Политехнический колледж14.htm74kb.12.10.2004 02:10скачать
Политехнический колледж15.htm48kb.12.10.2004 02:11скачать
Политехнический колледж1.htm18kb.12.10.2004 01:55скачать
Политехнический колледж2.htm31kb.12.10.2004 02:00скачать
Политехнический колледж3.htm65kb.12.10.2004 02:01скачать
Политехнический колледж4.htm50kb.12.10.2004 02:02скачать
Политехнический колледж5.htm38kb.12.10.2004 02:03скачать
Политехнический колледж6.htm37kb.12.10.2004 02:04скачать
Политехнический колледж7.htm28kb.12.10.2004 02:05скачать
Политехнический колледж8.htm57kb.12.10.2004 02:06скачать
Политехнический колледж9.htm33kb.12.10.2004 02:06скачать
Политехнический колледж.htm29kb.12.10.2004 01:55скачать

Политехнический колледж11.htm

 








 

Лекция № 1: ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ
^ В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ

В зависимости от способа обработки и передачи сообщений системы передачи разделяются на аналоговые и цифровые.

К аналоговым относятся системы передачи:

с частотным разделением каналов (ЧРК), в которых для передачи сигналов по каждому каналу передачи в диапазоне частот линейного тракта отводится определенная полоса частот;

с временным разделением каналов(ВРК), в которых для передачи сигналов по каждому каналу передачи в линейном тракте отводятся определенные интервалы времени.

К цифровым относятся системы передачи, в которых все виды сообщений передаются посредством цифровых сигналов.

Источники сообщений и соответствующие этим сообщениям сигналы подразделяются на непрерывные и дискретные. К непрерывным относятся такие сигналы, которые могут принимать в некоторых пределах любые значения и являются непрерывными функциями времени (сигналы телефонии, радиовещания и т. д.). К дискретным относятся сигналы, которые состоят из отдельных (дискретных) элементов, имеющих конечное число различных значений (телеграфные сообщения, разовые команды и т. д.).

В аналоговых системах с ЧРК как непрерывные, так и дискретные сигналы с помощью различных видов модуляции AM, AM—ОБП, ЧМ преобразуются в групповой линейный сигнал, который является непрерывной функцией времени. Аналоговые дискретные сигналы можно получить из непрерывных, используя дискретизацию по времени, амплитуде, времени и амплитуде одновременно.

При дискретизации непрерывного сигнала по времени (рис. 1.1) передается не весь сигнал, а его амплитудные значения, взятые через промежутки времени, называемые периодом дискретизации Tд. При определенном выборе периода дискретизации непрерывный сигнал, передаваемый дискретными по времени отсчетами, может быть восстановлен в дальнейшем практически без искажений. Полученный сигнал дискретен по времени, но непрерывен по амплитуде, так как в пределах динамического диапазона непрерывного сигнала его временные отсчеты по амплитуде могут быть сколь угодно близки друг к другу.



При дискретизации непрерывного сигнала по амплитуде (рис. 1.2) передаются только определенные заранее выбранные его амплитудные значения, отличающиеся друг от друга на постоянную величину, которую называют шагом квантования по уровню. Как видно, квантованный по амплитуде сигнал отличается от исходного непрерывного сигнала тем, что приводит к ошибке квантования, определяемой разностью между первоначальным и квантованным по уровню сигналами.

Сигнал, дискретный по времени и амплитуде (рис. 1.3), можно получить, осуществив квантование по уровню сигнала, дискретного по времени. Амплитудные отсчеты полученного сигнала отличаются от истинных значений дискретных отсчетов, что, как и в предыдущем случае, приводит к ошибке квантования по уровню.

При цифровом представлении сигнала, дискретного по времени и амплитуде (рис. 1.4), каждому из уровней квантования по амплитуде присваивается свой номер, а его величина из десятичной системы счисления преобразуется в двоичную. Поэтому в дальнейшем можно передавать не сами отсчеты сигнала с их амплитудой, а группу импульсов, соответствующих номеру уровня квантования, выраженного в двоичной системе счисления, т. е. цифровой сигнал, который состоит из последовательности импульсов, причем наличие импульса свидетельствует о передаче единицы, а его отсутствие о передаче нуля. Цифровые сигналы по сравнению с аналоговыми обладают высокой помехоустойчивостью, так как при их обнаружении на фоне шумов необходимо определить лишь наличие импульса или его отсутствие.
Таким образом, с точки зрения преобразования сигналов структурная схема цифровой системы передачи может быть представлена в виде рис. 1.5. Непрерывный аналоговый сигнал от источника информации ИИ поступает на дискретизатор Д, в котором преобразуется в дискретные по времени отсчеты. В квантующем устройстве КУ осуществляется квантование временных отсчетов сигнала по амплитуде. Аналого-цифровой преобразователь АЦП осуществляет преобразование дискретного по времени и амплитуде аналогового сигнала в цифровой.
На приеме в цифро-аналоговом преобразователе ЦАП происходит обратное преобразование цифрового сигнала в дискретный по времени и амплитуде аналоговый сигнал, а устройство восстановления УВ восстанавливает непрерывный сигнал, поступающий в приемник информации ПИ.

 

Преобразование непрерывных сигналов в цифровую форму и цифровых сигналов в непрерывные сопровождается искажениями передаваемых сообщений, возникающими при дискретизации непрерывных сигналов ошибок квантования в КУ и искажений УВ непрерывных сигналов.

^ ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ

Теорема Котельникова. Возможность передачи непрерывного сигнала его дискретными отсчетами была обоснована В. А. Котельниковым в 1933 г.



В соответствии с его теоремой любой непрерывный сигнал, ограниченный по спектру верхней частотой Fв, полностью определяется последовательностью своих дискретных отсчетов, взятых через промежуток времени Тд<=1/2Fв.

Таким образом, если требуется передать непрерывный сигнал с ограниченным спектром, то не обязательно передавать весь сигнал, а достаточно передать лишь его мгновенные значения, отсчитанные через интервалы времени Tд (см. рис. 1.1). В соответствии с этим частота следования дискретных отсчетов сигнала, т. е, частота дискретизации Fд>=2Fв.

Для восстановления непрерывного сигнала из последовательности его дискретных отсчетов в пункте приема используется фильтр нижних частот (ФНЧ) с частотой среза, равной Fв.

Как известно, отклик идеального ФНЧ с граничной частотой среза Fв на очень короткий прямоугольный импульс, поданный на его вход, имеет вид, изображенный на рис. 1.6.

Если на вход такого фильтра поступает последовательность коротких импульсов, соответствующих дискретным отсчетам непрерывного сигнала (рис. 1.7), то на выходе фильтра в результате суммирования отдельных откликов переданный непрерывный сигнал вновь восстанавливается.

Параметры импульсной последовательности. Последовательность прямоугольных импульсов одного знака (рис. 1.8, а) характеризуется следующими параметрами: амплитудой U, длительность импульса Ти, периодом следования Тс, частотой следования Fc= 1/Тс, круговой частотой следования Wс = 2пFс = 2п/Тс, скважностью Q = Tс/Tи.

Частотный спектр такой последовательности импульсов при постоянных параметрах является дискретным, т. е. состоящим из отдельных частот, кратных частоте следования импульсов (рис. 1.8; б), а также содержит постоянную составляющую, значение которой зависит от скважности Q и амплитуды импульсов U.



Ширина частотного спектра импульсной последовательности при допустимых искажениях их формы может быть ограничена частотой, зависящей от длительности импульса Wo = 2п/Tи или Fо=1/Tи. Таким образом, чем короче импульс, т. е. чем меньше его длительность, тем шире его частотный спектр и тем больше гармоник частоты следования содержится в его спектре.

Пример. Задана импульсная последовательность с параметрами Tи=1 мкс, Tс=4 мкс, Uo = 4 В. Определить: частоту следования Fc; ширину спектра равную fо; постоянную составляющую Uo; дискретные составляющие спектра. Нарисовать частотный спектр последовательности и частотный спектр, если Tи = 2мкс.

По приведенным выше формулам находим: Fc=1/Tc = 250 кГц; fo = 1/Tи = МГц; Uo=UTи/Tc=1 В; дискретные составляющие спектра Fс = 250кГц, 2Fc = 500 кГц; 3Fc=750 кГц (рис. 1.9). При Tи=2 мкс, fo1 = 500 кГц и Fc = 250 кГц (см. рис. 1.9).

Амплитудно-импульсная модуляция. При изменении амплитуды, длительности, частоты следования или положения каждого импульса во времени по отношению к моментам отсчета (дискретизации) получают тот или иной вид импульсной модуляции. При амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) по закону модулирующего сигнала изменяется амплитуда импульсов, а длительность и частота следования остаются постоянными.

Различают АИМ первого и второго рода (АИМ-1, АИМ-2).
При АИМ-1 амплитуда импульса изменяется в пределах его длительности в соответствии с огибающей непрерывного сигнала (рис. 1.10, а).




При АИМ-2 амплитуда импульса в пределах его длительности постоянна и соответствует значению модулирующего сигнала в момент начала отсчета (рис. 1.10, б). Частотный спектр АИМ-1 для однополярных прямоугольных импульсов длительностью Ти, модулированных синусоидальным сигналом с частотой Qм, показан на рис. 1.1. Как видно, в отличие от немодулированной импульсной последовательности (см. рис. 1.8,6), в спектре появляютcя боковые частоты около частоты дискретизации и ее гармоник, а также спектр модулирующего сигнала. Таким образом, задача восстановления непрерывного сигнала из последовательности его дискретных отсчетов заключается в фильтрации спектра модулирующего оигнала Qс с помощью ФНЧ с частотой среза Qmax.

При дискретизации сложного сигиала со сплошным спектром частотные спектры сигналов АИМ-1 и АИМ-2 (рис. 1.12) будут содержать все составляюхше модулирующего сигнала и боковые полосы частот около частоты дискретизации и ее гармоник. При этом следует обратить внимание на различие частотных спектров АИМ-1 и АИМ-2. Спектральный состав сигнала АИМ-2 по своей





структуре (рис. 1.12,6) не отличается от структуры спектра сигналов АИМ-1 (рис. 1.12, а), однако при АИМ-2 изменение спектральных составляющих модулирующего сигнала и боковых полос зависит от длительности импульса Ти, что в принципе приводит к амплитудно-частотным искажениям демодулированного из АИМ-2 сигнала при Tи>0,2Tд. В реальных ЦСП Tи<0,1Tд и спектры совпадают практически полностью, а амплитудно-частотные искажения при демодуляции сигналов АИМ-2 незначительны.


При дискретизации сигналов телефонных сообщений и сигналов вещания дискретные отсчеты представляют собой последовательности разнополярных импульсов переменной амплитуды (рис. 1.13,а). При таком виде АИМ сигналов в их спектре отсутствуют составляющие частоты дискретизации и ее гармоник (рис. 1.13,6).

Выбор частоты дискретизации. На основании теоремы Котельникова Fд>=2Fв. Если выбрать Fд = 2Fв, то, как видно из рис. 1.14, а, нижняя боковая частота, определяемая из условия Fд—Fв = 2Fв—Fв = Fв, совпадает с верхней частотой спектра модулирующего сигнала и для восстановления непрерывного сигнала из последовательности его дискретных отсчетов необходимо использовать идеальный ФНЧ с частотой среза Fс = Fв. В реальных системах частоту дискретизации выбирают из условия Fд>2Fв. Обычно Fд= (2,3...2,4) Fв. Так, при дискретизации телефонных сигналов с диапазоном частот 0,3...3,4 кГц частота дискретизации равна 8 кГц.

Как видно из рис. 1.14,б, в данном случае упрощаются требования к параметрам ФНЧ, так как при этом образуется достаточно широкая (1,2 кГц) переходная полоса частот fппч для расфильтровки, которая позволяет использовать простые ФНЧ на приеме для восстановления непрерывного сигнала из последовательности его дискретных отсчетов.




Пример. Выбрать частоту дискретизации и определить переходную полосу частот для ФНЧ при дискретизации сигналов вещания первого класса с диапазоном частот 0,05 ... 10 кГц.

На основании теоремы Котельникова Fд>=2Fв, следовательно, в нашем случае Fд>20 кГц. Для телефонного сигнала стандартная частота дискретизации Fд = 8 кГц. При организации канала вещания (вместо трех телефонных каналов) частота дискретизации сигналов вещания должна быть кратна частоте дискретизации телефонного канала и равна 8X3 = 24 кГц. Переходная полоса частот для ФНЧ fппч = 4 кГц.

Выбор частоты дискретизации группового сигнала. При построении систем ИКМ—ЧРК осуществляется дискретизация сигналов, диапазон частот которых соответствует диапазону частот стандартных групп в системах с ЧРК.

Рассмотрим вопросы выбора частоты дискретизации первичной стандартной 12-канальной группы со спектром частот 60...108 кГц. Диапазон частот группы ограничен не только сверху, но и снизу. Поэтому частоту дискретизации в этом случае выбирают так, чтобы в спектре АИМ сигнала спектр дискретизируемого сигнала не перекрывался с боковыми спектрами около частоты дискретизации и ее гармоник (рис. 1.15). Для сигнала первичной стандартной 12-канальной группы при Fд=110 кГц (рис. 1.15) спектр АИМ сигнала содержит спектр дискретизируемого сигнала в диапазоне частот 60...108 кГц, нижнюю боковую полосу около частоты дискретизации, определяемую из условия Fнб1 = Fд—(Fн...Fв)=110 кГц—(60...108) кГц=(2...50) кГц, верхнюю боковую полосу около частоты дискретизации Fвб1 = Fд+ (Fн...Fв) = 110 кГц+(60...108) кГц = (170...218) кГц, нижнюю боковую по лосу второй гармоники частоты дискретизации Fнб2 = 2Fд— (Fн...Fв)=220 кГц-(60...108) кГц= (112...160) кГц, верхнюю бо ковую полосу второй гармоники частоты дискретизации Fвб2 = 2Fд+ (Fн...Fв) = 220 кГц+(60...108) кГц= (280...328) кГц.

Как видно из рис. 1.15, спектр полезного сигнала и спектры около частоты дискретизации и ее гармоник не перекрываются.




При таком выборе частоты дискретизации можно осуществить восстановление без искажений информационного сигнала из последовательности его отсчетов с помощью полосового фильтра ПФ с полосой пропускания 60...108 кГц.

Увеличение частоты дискретизации приводит к росту верхней частоты нижней боковой полосы НБ1 и в пределе, при отсутствии перекрытия спектров НБ1 и информационного сигнала, верхняя частота нижней боковой полосы равна 60 кГц. Из этого следует, что при дискретизации групповых сигналов, ширина спектра которых F

Если ширина спектра группового сигнала F>Fн, как, например, для третичной стандартной 300-канальной группы со спектром частот 812...2044 кГц, то частоту дискретизации можно выбрать из условия Fд>2Fв, однако при этом не используется нижняя часть полосы частот до 812 кГц, что приводит к дополнительному расширению спектра АИМ сигнала. Для того чтобы исключить такое расширение спектра, вводят дополнительную ступень преобразования, с помощью которой спектр сигнала 300-канальной группы смещается вниз по оси частот в диапазон 60...1292 кГц. Это дает возможность снизить частоту дискретизации и выбрать ее из условия Fд>2584 кГц.

Широтно- и временная импульсная модуляции. В системах связи с ВРК кроме АИМ используются и другие виды импульсной модуляции. При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) длительность импульсов изменяется пропорционально величине модулирующего сигнала, а их амплитуда и положение по отношению к тактовым точкам остаются постоянными (рис. 1.16).

Различают одностороннюю и двустороннюю ШИМ. При односторонней ШИМ длительность импульса относительно тактового момента изменяется из-за перемещения одного из его фронтов (см. рис. 1.16, а). При двусторонней ШИМ относительно тактовых точек перемещаются оба фронта импульса (см. рис. 1.16,6).

Частотный спектр ШИМ сигнала при модуляции гармоническим сигналом содержит полезный сигнал и ряд нижних и верхних боковых частот около Fд и ее гармоник (рис. 1.17). Так же как и при АИМ, восстановление (демодуляция) непрерывного первичного сигнала при ШИМ осуществляется ФНЧ с частотой среза Qс. Однако в этом случае из-за наличия ряда нижних боковых собоковые составляющие (wд-Qc; wд-2Qc; wд-3Qc, ... и тд.) некоторые боковые составляющие, например wд-3Qc, могут попадать в полосу пропускания ФНЧ, что приводит к комбинационным искажениям демодулированного сигнала.



При временной импульсной модуляции (ВИМ) под воздействием модулирующего напряжения изменяется временное положение импульсов относительно тактовых точек, но их амплитуда и длительность остаются неизменными. Разновидностями ВИМ являются фазово-импульсная (ФИМ) и частотно-импульсная (ЧИМ) модуляция.

По своему частотному составу спектры ШИМ, ФИМ и ЧИМ аналогичны, поэтому для всех видов импульсной модуляции при восстановлении (демодуляции) непрерывного сигнала с помощью ФНЧ характерно наличие комбинационных искажений.

^ ПРИНЦИПЫ ВРЕМЕННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ КАНАЛОВ

Групповой сигнал при ВРК. Временные диаграммы образования группового многоканального АИМ сигнала показаны на рис. 1.18. Непрерывный сигнал каждого из каналов подвергается дискретизации с периодом Тд<=1/2Fв, где Fв — верхняя частота спектра сигнала. Дискретные отсчеты сигналов в каждом из каналов сдвинуты по времени относительно друг друга на время t. Если число объединяемых каналов N, а период дискретизации Tд, то длительность импульса последовательности, осуществляющей дискретизацию, должна быть меньше Тд/N и обычно Ти<=0.5Tд/N. т. е. чем больше число уплотняемых каналов, тем короче длительность импульсов дискретизации и тем более широкая полоса пропускания или быстродействие требуется от устройств, обеспечивающих дискретизацию. Например, при N = 30 и Тд=1/Fд = 1/8 МГц=125 мкс, Tи<0.5Тд/N=2 мкс и, следовательно, F>=500 кГц.
Дискретные отсчеты каждого из каналов объединяются в групповой АИМ сигнал.



Для того чтобы распределить на приеме отсчеты индивидуальных сигналов по своим каналам, необходимо в начале каждой группы канальных импульсов (КИ) ввести дополнительный импульс или группу импульсов, отличающихся по какому-либо признаку от импульсов канальных сигналов, например, как показано на рис. 1.18, по длительности. Этот сигнал определяет начало цикла передачи и называется сигналом цикловой с и н х р он и з а ци и. Как видно, длительность цикла передачи равна периоду дискретизации.

^ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что понимается под дискретизацией непрерывных сигналов по времени,
по амплитуде?
2. Сформулируйте теорему Котельникова, поясните ее смысл.
3. Из каких соображений выбирается частота дискретизации?
4. Поясните, как зависит ширина спектра импульсной последовательности
от длительности импульса.
5. В чем различие режимов АИМ-1 и АИМ-2?
6. Как восстанавливается непрерывный сигнал из последовательности его
дискретных отсчетов?
7. Поясните особенности видов импульсной модуляции.
8. Поясните принцип образования группового сигнала в системах с ВРК.

 



К содержанию

Политехнический колледж
 
WEB мастер




Скачать файл (2365.1 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации