Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Передача дискретных сообщений - файл Политехнический колледж13.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 колледж13.htm

 








 

Лекция № 3:
^ ЦИФРОВЫЕ ВИДЫ МОДУЛЯЦИИ ИМПУЛЬСНО-КОДОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ

Любая аппаратура обработки сообщений и систем передачи имеет конечную разрешающую способность. Это связано как с ошибками, возникающими при обработке сигналов, так и с наличием шумов в аппаратуре и каналах связи. Так, для наиболее высококачественного воспроизведения музыкальных программ достаточно передавать сигналы с динамическим диапазоном порядка 60 дБ. Для высококачественной передачи телевизионных изображений достаточен динамический диапазон порядка 40...46 дБ. При передаче телефонных сообщений ограничиваются динамическим диапазоном 40 дБ. Дальнейшее увеличение разрешающей способности устройств обработки и передачи сигналов связано со значительным усложнением аппаратуры.
В связи с этим нет необходимости передавать все бесконечное множество амплитудных значений непрерывных сигналов, его можно ограничить конечным множеством, содержащим определенное, заранее установленное для того или иного вида сигналов, число "разрешенных" амплитудных значений. Эти "разрешенные" для передачи амплитудные значения сигнала называются уровнями квантования; выбор их количества определяет качество передачи электрических сигналов. При ограничении числа "разрешенных" уровней их можно перенумеровать и передавать уже не сами значения уровней, а их номера, например в двоичной системе счисления, т. е. осуществить цифровую передачу сигналов.
Наиболее широкое распространение получили в настоящее время многоканальные ЦСП, в которых используется метод импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). При ИКМ отсчеты аналогового АИМ сигнала преобразуются в последовательность кодовых групп, состоящих из двоичных символов. Для осуществления ИКМ необходимо произвести три операции:

дискретизацию сигналов по времени (получение сигнала АИМ);

квантование полученных импульсов по амплитуде;

кодирование квантованных по амплитуде импульсов.

Полученный групповой многоканальный АИМ сигнал подвергается квантованию по уровню. Этот процесс аналогичен процедуре округления чисел. Разность между двумя соседними разрешенными для передачи уровнями называется шагом квантования - d. Если амплитуда отсчета сигнала в пределах двух соседних разрешенных значений превышает половину шага квантования d/2, ее значение увеличивается в большую сторону, если меньше половины шага квантования - в меньшую сторону. Такое округление сопровождается погрешностью, Разность между истинным значением отсчета сигнала и его квантованным значением называется ошибкой или шумом квантования, который определяется как. Произведя "нумерацию" уровней квантования, можно передавать не сами уровни, а их значения по шкале уровней в двоичном виде.

Кодирование.

Ранее был рассмотрен процесс кодирования с помощью простейшего натурального двоичного кода. Такой код используется при кодировании однополярных АИМ сигналов, получающихся при дискретизации однополярных аналоговых сигналов, сигналов с постоянной составляющей (телевизионных, передачи данных).
Телефонные сигналы, сигналы звукового вещания являются двуполярными, при их дискретизации получают последовательность разнополярных импульсов. Для кодирования разнополярных импульсов используют симметричный двоичный код (рис. 2.6). В симметричном двоичном коде 1 или 0 в старшем разряде определяют полярность кодируемого импульса (1 - положительный отсчет сигнала, 0 - отрицательный). Кодовая группа после старшего разряда определяет число шагов квантования в положительной или отрицательной области сигнала.






Например: кодовая группа 1101101 определяет положительный импульс величиной в 45 шагов квантования, а кодовая группа 0101101 - отрицательный импульс такой же величины.
Достоинством натурального и симметричного двоичных кодов является возможность их реализации с помощью простых кодеров, а недостатком - сравнительно низкая помехозащищенность, так как при различном весе разрядов пропадание одного импульса с большим весом приводит к большим искажениям сигнала. Например, если в принимаемой кодовой комбинации 1101101 происходит ошибка в шестом разряде и принимается комбинация вида 1001101, ошибка будет равна 2^5 = 32 условных шага квантования.
Удобным графическим изображением кодов являются кодовые таблицы, характеризующие связь между числом уровней квантования и соответствующими кодовыми комбинациями (рис. 2.7). Каждая строка таблицы определяет вид кодовой комбинации, соответствующей числу шагов квантования и полярности импульса квантованного АИМ сигнала. Заштрихованная клетка соответствует 1 в данном разряде, незаштрихованная - 0.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ
^ ИМПУЛЬСНО-КОДОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ


В ЦСП с ИКМ квантованию и кодированию подвергаются дискретные по времени отсчеты непрерывного сигнала, взятые из условия теоремы Котельникова. Однако такой метод передачи квантованных выборок сигнала в закодированном виде не является единственно возможным методом импульсной передачи непрерывных сообщений.




Как известно, для речевого сигнала более вероятны низкочастотные составляющие спектра. Это означает, что мгновенные значения дискретных отсчетов сигнала в соседних точках дискретизации с большой вероятностью мало отличаются друг от друга. Поэтому можно вместо кодирования и дальнейшей передачи отсчетов передавать по тракту связи кодированные значения разности соседних отсчетов, по которым на приемной стороне восстанавливаются значения отсчетов сигнала. Такой метод передачи называется дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией (ДИКМ).
На рис. 2.9, а показаны дискретные отсчеты непрерывного сигнала, при квантовании и кодировании которых получают цифровой ИКМ сигнал, а на рис. 2.9, б - амплитудные значения разностей двух соседних отсчетов. Осуществляя квантование и кодирование разностей соседних отсчетов, получают цифровой ДИКМ сигнал.
Как видно из рисунков, амплитуды разностей отсчетов меньше амплитуд самих отсчетов, поэтому при одинаковом шаге квантования число разрядов кодовой группы при ДИКМ меньше, чем при ИКМ. Уменьшение числа разрядов в кодовой группе при ДИКМ снижает скорость передачи цифрового потока и, следовательно, уменьшает требуемую полосу частот линии передачи. Если же полоса частот линии передачи и скорость цифрового потока определяются параметрами ИКМ, то применение ДИКМ позволяет уменьшить ошибку квантования по сравнению с ИКМ за счет уменьшения шага квантования.
В настоящее время известно много вариантов технической реализации ДИКМ. Наиболее широкое распространение получила схема кодера ДИКМ с обратной связью, представленная на рис. 2.10, а. В этой схеме оценивается не разность между двумя соседними отсчетами передаваемого сигнала, а разность между значением данного отсчета и квантованным значением предыдущего отсчета, что позволяет уменьшить ошибку квантования. Временные диаграммы, поясняющие принцип кодера, показаны на рис. 2.11.
Структурная схема кодера включает в себя: ФНЧ, ограничивающий спектр частот входного сигнала частотой FB, дифференциальный (разностный) усилитель ДУ, усиливающий разность двух сигналов, поступающих на его входы; дискретизатор Дскр, осуществляющий дискретизацию разностного сигнала; кодер ИКМ, осуществляющий квантование и кодирование разностного сигнала; декодер ИКМ, в котором кодовые группы преобразуются в дискретные отсчеты разностного сигнала; интегратор Инт, преобразующий амплитудные отсчеты сигнала, поступающие на его вход, в ступенчатую функцию.
Рассмотрим принцип работы кодера (рис. 2.11,а). В начальный момент времени t1 напряжение на выходе интегратора отсутствует и на выходе усилителя напряжение соответствует непрерывному сигналу. Дискретный отсчет с амплитудой U1 квантуется и кодируется в кодере ИКМ и затем через декодер поступает на интегратор, который запоминает его амплитуду до момента времени t2. В момент времени t2 напряжение на неинвертирующем входе ДУ (1) равно напряжению аналогового сигнала U2, а на инвертирующем входе (2) - напряжению на выходе интегратора U1. На выходе разностного усилителя получаем разность напряжений dU1 = U2 - U1. После квантования и кодирования этой разности в линию поступает кодовая группа, соответствующая разности двух соседних отсчетов. По цепи обратной связи через декодер амплитуда отсчета U2 поступает на интегратор и запоминается им до момента времени t3. В этот момент времени опять происходит определение разности dU2, ее квантование, кодирование и т. д. Когда напряжение на выходе интегратора (в момент t4) больше напряжения аналогового сигнала, разность на выходе ДУ будет отрицательной. После квантования, кодирования и декодирования на выходе интегратора получится отрицательный скачок напряжения dU3 на величину этой разности.


ДЕЛЬТА-МОДУЛЯЦИЯ

При рассмотрении принципов ИКМ и ДИКМ предполагалось, что период дискретизации выбран в соответствии с теоремой Котельникова: Тд=1/2 Fв. Было выяснено, что некоторые преимущества, которые дает применение ДИКМ, основаны на том, что соседние отсчеты дискретизированного сигнала с большой вероятностью мало отличаются друг от друга. Последнее и дает возможность уменьшить разрядность кодовых групп, отображающих передаваемые разности отсчетов. Следовательно, если взять период дискретизации Тд<<1/2 Fв, то различие между соседними отсчетами аналогового сигнала будет еще меньше, а применительно к ДИКМ меньше и разрядность кода. Поэтому при достаточно малом периоде дискретизации разность между соседними отсчетами может быть сделана достаточно малой, а именно такой, когда за каждый период дискретизации в тракт передачи можно будет передавать либо -1, если разность двух отсчетов dUd. Таким образом. при выбранном приращении передаются сведения только о его знаке и для этого достаточно передавать один двоичный символ в каждый момент отсчета. Такой способ формирования цифрового сигнала называется классической дельта-модуляцией (ДМ) в отличие от других, более поздних ее разновидностей.
Рассмотрим подробнее процесс преобразования аналогового сигнала в импульсную последовательность, а также процесс обратного преобразования при дельта-модуляции. Для этого воспользуемся структурной схемой модема дельта-модуляции - модулятора и демодулятора, изображенной на рис. 2.12.



В схему входит ФНЧ, ограничивающий спектр частот входного сигнала, дифференциальный (разностный) усилитель ДУ, усиливающий разность двух поступающих на его входы сигналов U(t)-U*(t), генератор тактовой частоты ГТЧ, импульсы с которого поступают на пороговое устройство ПУ. На выходе ПУ возникают
импульсы положительной полярности, если на выходе ДУ U(t)-U*(t)>0, и импульсы отрицательной полярности если U(t)-U*(t)<0. В цепь обратной связи включается идеальный интегратор (рис. 2.13, а). Если длительность управляющих импульсов много меньше тактового периода и схема интегратора содержит запоминающий элемент с бесконечной памятью, формируется аппроксимирующее напряжение с прямоугольной формой ступенек (рис. 2.13, б).
Импульсы положительной полярности через диод VD1, и Кл1 поступают на конденсатор и постепенно заряжают его, так что напряжение на конденсаторе имеет вид положительно нарастающих ступенек. Если приходят отрицательные импульсы через диод VD2 и Кл2, напряжение на конденсаторе ступенчато уменьшается.
Кодер работает следующим образом (рис. 2.14). В тактовый момент 1 напряжение сигнала U1(t)>0, так как тактовый импульс еще не появлялся на входе интегратора и, следовательно, U*(t)=0.




На выходе ПУ появляется положительный импульс, который на выходе интегратора дает ступенчатое напряжение, постоянное до следующего тактового момента. В тактовый момент 2 напряжение U2(t)>U2*(t) на выходе ПУ опять появляется положительный импульс, который на выходе интегратора дает ступенчатое напряжение, сохраняющееся до следующего тактового импульса. Возрастание ступенчатого напряжения будет происходить до тех пор, пока U(t)>U*(t). В тактовый момент 3 напряжение входного сигнала U(t)U*(t) и, следовательно, на выходе интегратора опять возникает положительный скачок напряжения. Таким образом, на выходе интегратора формируется аппроксимирующее ступенчатое напряжение U*(t), а на выходе ПУ формируется дельта-код, который можно посылать в линию передачи.
Дельта-декодер состоит из формирующего устройства ФУ, системы синхронизации (СС), интегратора и ФНЧ. Формирующее устройство восстанавливает искаженную форму импульсного сигнала, который затем поступает на интегратор декодера. Последний работает точно так же, как и интегратор, включенный в цепь обратной связи кодера. На выходе интегратора получается ступенчатое аппроксимирующее напряжение U*(t), которое после ФНЧ преобразуется в непрерывный сигнал U(t).
Различие форм передаваемого сигнала и аппроксимирующего напряжения, формируемого на приеме, определяет сигнал ошибки U (t) - U*(t) (рис. 2.14). Составляющие спектра сигнала ошибки, попадающие в полосу частот передаваемого сигнала так же, как и при ИКМ, приводят к появлению шума квантования. Квантование сигналов при ИКМ сопровождается еще и ошибкой ограничения, возникающей в том случае, когда максимальные значения входных сигналов превышают пределы максимальных значений квантующих устройств.

^ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как получается цифровой сигнал при ИКМ?
2. Зачем нужно квантование по уровню?
3. В чем недостаток равномерного квантования?
5. В чем отличие симметричного кода от натурального?
6. От чего зависит значение тактовой частоты в системах с ИКМ?
7. В чем отличие ДИКМ от ИКМ?
8. Нарисуйте структурную схему ДИКМ.
9. В чем отличие ДМ от ИКМ?
10. Из-за чего возникает перегрузка по крутизне в ДМ?
1 1. Поясните принцип работы модулятора при ДМ.

 



К содержанию

Политехнический колледж
 
WEB мастер




Скачать файл (2365.1 kb.)

Поиск по сайту:  

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