Цифровые системы передачи
Задачи
1. Определить структуру кодовых групп на выходе
кодера c нелинейной шкалой
квантования (МСЭ-Т G.711 для
А-закона) для следующих значений сигналов АИМ-2: +320 мВ;-50 мВ;-2360 мВ. При D=1,2мВ.
Определить напряжения на выходе декодера и вычислить ошибку квантования.
Основные параметры характеристики компрессии по
А - закону приведены в таблице 1:
цифровой скремблер
передача сигнал
Таблица 1.
Таблица
|
значение
сигнала
|
+320
мВ
|
-50
мВ
|
-2360
мВ
|
|
Бит
полярности (полож.-»1», отрицательная - «0»)
|
1
|
0
|
0
|
|
Номер
сегмента:Uвх/D
|
320/1,2
≈ 267
|
50/1,2
≈ 42
|
2360/1,2 ≈
1967
|
|
Диапазон
сегмента (потаблице
1)
|
256-512
|
32-64
|
>1024
|
|
код
сегмента(потаблице
1)
|
101
|
010
|
111
|
|
эталонное
напряжение, мВ (основной эталон*D)
|
256*1,2=307,2
|
32*1,2=38,4
|
1024*1,2=1228,8
|
|
шаг
квантования, мВ (ΔN=шаг
потаблице 1*D)
|
16*1,2
= 19,2
|
2*1,2
= 2,4
|
64*1,2=76,8
|
|
Расст.
от ниж. границы сегмента, мВ (Uвх-Uэталонное)
|
320-307,2=12,8
|
50-38,4=11,6
|
2360-1228,8
= =1131,2
|
|
номер
уровня в сегментеN
|
12.8<19.6→0
|
11,6/2,4≈4
|
1131,2/76,8≈14
|
|
код
уровня в сегменте
|
0000
|
0100
|
1110
|
|
Полностью
код
|
11010000
|
00100100
|
01111110
|
|
Выходное
нап. Дек.Uвых, мВ Uэталонное+N*ΔN+ ΔN/2
|
307,2+0+19,2/2
= 316,8
|
38,4+2,4*4+
2,4/2=49,2
|
1228,8+76,8*14+
76,8/2 = 2342,4
|
|
Ошибка
квантования, мВ Uвх-Uвых
|
320-316,8
= 3,2
|
50-49,2=0,8
|
2360-2342,4=17,6
|
2. Определить скорость группового цифрового
потока 32-канальной системы передачи с ИКМ, если максимальное число уровней
квантования группового АИМ сигнала Мкв = 256 и на вход поступают сигналы тональной
частоты. Максимальное число уровней квантования группового АИМ сигнала Мкв
= 256=28, то есть достаточно 8 разрядов.
Дополнительно для синхронизации системы ИКМ
необходим еще один канал, то есть как минимум нужно 33 канала. Кроме того, в
случае использования системы для соединительных линий дополнительно требуется
передать сигналы управления и взаимодействия (СУВ), то есть нужен еще один
канал. Всего за один цикл нужно передать: 32+1+1=34 канальных интервалов, что
составит 34*8=272 бит. Частоту дискретизации принимаем общепринятой для
сигналов тональной частоты: 8кГц, тогда скорость группового цифрового потока
составит: 8*272 = 2176 Бит/сек.
3. Нарисуйте структурную схему цифрового
скремблера, представленного выражением bk=akÅ((bk-6Åbk-8)
Åbk-3).
Подайте на вход скремблера двоичную последовательность 100111011011 и заполните
таблицу его функционирования.
Рис.
1.
Значения ячеек скремблера по тактам
Таблица
|
№
такта
|
Вход
ak
|
Номера
ячеек
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
|
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
2
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
3
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
4
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
5
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
6
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
7
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
|
8
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
|
9
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
|
10
|
0
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
11
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
|
12
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
4. Поясните основные принципы дельта-модуляции.
Нарисуйте и поясните структурные схемы кодеков ДМ с мгновенным и инерционным
компандированием.
Существуют методы передачи цифрового сигнала, в
которых передаётся не значение отсчёта, а разница между соседними отсчётами
дискретного сигнала, т.е. передаётся знак и величина приращения:
дельта-модуляция (от слова D-приращение).Наиболее простым
является линейная дельта - модуляция с постоянным шагом. Такой способ модуляции
достаточно прост, но при быстром нарастании или убывании сигнала квантованный
ступенчатый сигнал не успевает за изменением сигнала, что приводит к искажению
оцифрованного сигнала.
Более существенного качества удаётся достичь в
системе ДИМ с компандированием. В этом случае шаг квантования изменяется в
зависимости от параметров передаваемого сигнала. Если скорость изменения
сигнала мала, то квантование можно выполнять реже.
Различают компандирование по огибающей самого сигнала
- инерционное компандирование и по структуре цифрового сигнала на выходе
модулятора -мгновенное компандирование. Критерием выбора шага квантования
служит производная сигнала.
Структурная схема кодека ДМ с мгновенным
компандированием.
При мгновенном компандировании шаг квантования
изменяется в каждом такте. Существует несколько разновидностей дельта-модуляции
с мгновенным компандированием (ДММК), но все они основаны на изменении шага
квантования при появлении перегрузки по крутизне. Информацией о перегрузке
может служить появление в выходном сигнале нескольких одинаковых символов
подряд. В структуру дельта-кодека ДММК вводят анализатор (Анализ) вида
импульсной последовательности и амплитудно-импульсный модулятор (АИМ).
При появлении посылок одинаковой полярности
анализатор управлявляет АИМ таким образом, что амплитуда импульсов, подаваемых
на интегратор (Интегр), возрастает и соответственно возрастает шаг квантования
сигнала. При обнаружении последовательных импульсов разной полярности
анализатор подает на АИМ напряжение, уменьшающее амплитуде выходных импульсов,
и шаг изменения уменьшается. При ДММК защищенность от шумов квантования
остается высокой в сравнительно большом диапазоне изменения мощностей входного
сигнала, в то время как при ДМ она быстро уменьшается при увеличении входной
мощности, что связано с ростом шумов перегрузки.
Структурная схема кодека ДМ с инерционным
компандированием.
При ДМИК изменение шага квантования происходит
медленно, за время, соизмеримое со временем изменения огибающей кодируемого
сигнала. Иногда ДМИК называют ДМ со слоговым компандированием, так как скорость
изменения шага квантования соответствует скорости изменения слогов речи. Так
же, как и в случае ДММК, схема ДМИК содержит в цепи обратной связи АИМ (ШИМ)
модулятор, изменяющий амплитуду или длительность импульсов, формирующих сигнал
на выходе интегратора.
Отличие этой схемы от предыдущей состоит в том,
что управление амплитудой импульсов осуществляется сравнительна медленно, в
соответствии с изменением огибающей кодируемого сигнала. Сигнал управления
может выделяться из выходного сигнала или его копии. Приведенная на рисунке
структурная схема соответствует первому способу. В этом случае цепь управления
содержит интегратор, детектор (Дет), выделяющий низкочастотную огибающую
сигнала, и ФНЧ.
При ДМИК шаг квантования зависит от уровня
входного сигнала, возрастая с его увеличением. Если при этом в некотором
диапазоне изменения сигнала обеспечивается прямая пропорциональность между его
напряжением и шагом квантования, отношение сигнал-шум квантования на выходе ФНЧ
в данном диапазоне будет оставаться постоянным. Тем самым устраняется
зависимость отношения сигнал-шум от уровня входного сигнала, свойственная ДМ с
постоянным шагом. Эксперименты показали, что при использовании ДМИК и тактовой
частоты 48 кГц отношение сигнал-шум квантования превышает 25 дБ при изменении
уровня входного сигнала на 40 дБ. Следовательно, ДМИК обеспечивает такое же
качество передачи, как и ИКМ при восьмиразрядном кодировании, но при меньшей
скорости передачи. В заключение следует отметить, что влияние ошибок в линейном
тракте при передаче ДМ сигнала вызывает максимальную ошибку, равную двум шагам
квантования, а при ИКМ ошибка зависит от того, в каком разряде кодовой
комбинации произошел сбой под воздействием помехи. Следовательно, требования к
линейному тракту по достоверности передачи при ДМ на несколько порядков ниже,
чем при ИКМ. При ИКМ для демодуляции сигнала требуется два вида синхронизации:
тактовая и цикловая по кодовым группам. При ДМ принципиально отсутствуют
кодовые группы и для работы требуется только синхронизация по тактам.
При выборе системы компандирования следует
учитывать, что система ДММК имеет высокую скорость отслеживания (что важно,
например, при передаче телевизионных сигналов), она легко реализуется, но
обладает пониженной помехоустойчивостью. Система ДМИК более защищена от помех в
цифровом канале, но более сложна в реализации.
В настоящее время реализовано множество
вариантов систем передачи с компандированной ДМ, которые обеспечивают требуемую
защищенность от шумов квантования для речевых сигналов при тактовых частотах 32
и 16 кГц (в системах ИКМ для этого требуется тактовая частота, равная 64 кГц).
Системы с компандированной ДМ используются только для отдельного, а не
группового сигнала. Поэтому для передачи N сигналов в цифровой форме требуется
N однотипных кодеков ДМ и схем объединения - разделения цифровых сигналов.
Последние выполняются довольно просто на основе элементарных логических схем
ИЛИ и И.
Список литературы
.Сети
и системы ОВД и средства их информационной защиты: уч. пособие ч. 1: С.В.
Скрыль, Н. С. Хохлов, О. И. Быкова, Ю. Б. Нечаев, А. Н. Бабкин, Р. Н. Андреев,
Д. А. Жайворонок. Воронеж: ВИ МВД России 2005
.
Сети и системы ОВД и средства их информационной защиты: уч. пособие ч. 2: С.В.
Скрыль, Н. С. Хохлов, О. И. Бокова, О.С. Авсентьев, А. Д. Немцов, Р. Н.
Андреев, Воронеж: ВИ МВД России 2005
.
Курицын С. А. Телекоммуникационные технологии и системы: уч. пособие/ С. А.
Курицын. - М. Академия, 2008.