22032

Дельта - модуляция (кодирование с предсказанием) (ДИКМ)

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Основные параметры характеристики компрессии по А – закону приведены в таблице: № сегмента Вид кодовой комбинации P XYZ ABCD Относительный интервал изменения входного сигнала Значение шага квантования относительно Uогр 0 P 000 ABCD 0  1 128 1 2048 1 P 001 ABCD 1 128  1 64 1 2048 2 P 010 ABCD 1 64  1 32 1 1024 3 P 011 ABCD 1 32  1 16 1 512 4 P 100 ABCD 1 16  1 8 1 256 5 P 101 ABCD 1 8  1 4 1 128 6 P 110 ABCD 1 4  1 2 1 64 7 P 111 ABCD 1 2  1 1 32 Кодовая комбинация и есть код квантованного сигнала P  ABCD ...

Русский

2013-08-04

158.5 KB

12 чел.

Лекция 8 (продолжение 7)

Характеристики  сегм. и  сегм. стандартизированы и рекомендованы МККТТ (Рекомендация G. 711). В международной связи используется закон. В Европе и России закон.

Для упрощения реализации  кодера сегментные промежутки, наклон сегментов, внутрисегментные промежутки (кроме 0-1 сегмента) находятся в соотношениях, кратных 2-м. В разных сегментах число уровней квантования различно, но в пределах каждого сегмента - одинаково.

Основные параметры характеристики компрессии по А – закону приведены в таблице:

№ сегмента

Вид кодовой комбинации

(P  XYZ  ABCD)

Относительный интервал изменения входного сигнала

Значение шага квантования относительно Uогр

0

P  000  ABCD

0 1/128

1/2048

1

P  001  ABCD

1/128 1/64

1/2048

2

P  010  ABCD

1/64 1/32

1/1024

3

P  011  ABCD

1/32 1/16

1/512

4

P  100  ABCD

1/16 1/8

1/256

5

P  101  ABCD

1/8 1/4

1/128

6

P  110  ABCD

1/4 1/2

1/64

7

P  111  ABCD

1/2 1

1/32

Кодовая комбинация и есть код квантованного сигнала

P   ABCD P сигнал

                              Pсигнал

 - код номера сегмента.

ABCD – цифры обозначающие номер шага квантования внутри сегмента, т. е. натуральный двоичный код номера шага.

Итого на передачу одного отсчёта используется 8 разрядов.

В ЦСП используют и линейное преобразование. Но при этом нужно большее число разрядов. Используют 12 разрядов. Однако, для снижения скорости передачи приходится осуществлять преобразование 12 разрядного кода в 8 – ми разрядный.

Следует отметить, что в процессе кодирования возникают дополнительные погрешности за счет температурных влияний, конечной разрядности и стабильности опорных источников квантователя и т.п. – т.е. инструментальные погрешности, которые могут быть до 50% от общей мощности искажений в ЦСП.

Дельта - модуляция

(кодирование с предсказанием) (ДИКМ)

Кроме рассмотренных выше методов передачи цифрового сигнала существуют методы, в которых передаётся не значение отсчёта, а разница между соседними отсчётами дискретного сигнала, т.е. передаётся знак и величина ПРИРАЩЕНИЯ. Эти методы называются ОТНОСИТЕЛЬНЫМИ или ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМИ.

Наиболее простым является линейная дельта – модуляция (от слова приращение) с постоянным шагом.

На каждом шаге квантования с тактовой частотой на выходе интегратора вырабатывается ступенчато приращение напряжения со знаком + или -. Выбор знака приращения определяется разностным сигналом Uc - Uкв поступающим с вычитателя на вход решающего устройства (РУ). При линейной дельта модуляции величина приращения по модулю одинакова на каждом шаге, т.е. линейная ДМ – это двухуровневое кодирование +1 и –1 один разряд.

Такой способ модуляции достаточно прост,  но его целесообразно применять для сигналов, не имеющих быстрых изменений уровня. При быстром нарастании или убывании сигнала квантованный, ступенчатый сигнал не успевает за изменением сигнала. В результате возникает большая разница Up=Uc- Uкв, что приводит к перегрузке РУ, и искажению оцифрованного сигнала. ДИМ с предсказанием ещё называют адаптивной ДИМ.

Для групповых многоканальных сигналов общий сигнал более равномерный – усреднённый и в этом случае может быть вполне целесообразным применять линейную дельта – модуляцию.

Для восстановления сигнала Uc(t) на приёмном конце достаточно поставить интегратор и ФНЧ.

В отличие от других видов квантования, когда работа квантователя имеет ограничения по амплитуде входного сигнала (+Uогр; - Uогр), т.е. сигнал должен иметь заданный динамический диапазон, в ДИМ ограничение не на амплитуду сигнала, а на его приращение (производную) – это принципиальная разница.

В СП с ДИМ разницу UсUкв можно сделать сколь угодно малой, увеличивая число шагов (уменьшая шаг квантования ). Но это требует повышения тактовой частоты и значит скорости передачи. Несколько спасает положение то, что каждый последующий отсчет корреляционно связан с предыдущим и ошибка для данного отсчёта уменьшается. Вдобавок, спектральная плотность речевого сигнала на верхних частотах имеет относительно малый вклад и ошибка вызванная уменьшением частоты дискретизации меньше влияет. На практике оказалось достаточным иметь fт кГц.

Ещё более существенного уменьшения fт удаётся достичь в системе ДИМ с предсказанием. В этом случае шаг квантования делают неравномерным. Если скорость изменения сигнала (или огибающей ВЧ сигнала) мала, то квантование можно выполнять реже (увеличить шаг ) т.к. сигнал почти не изменяется за время шага. Это называют компандированием.

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.

Инерционное компандирование применяют при передаче речевого сигнала (слоговое компандирование).

Мгновенную ДИМ применяют при передаче сигналов TV. Шаг квантования выбирается в соответствии с крутизной передаваемого сигнала. Для этого в цепь обратной связи модулятора и демодулятора вводится схема управления интегратором.

При компандировании по структуре цифрового потока управление шагом квантования производится после анализа структуры уже оцифрованного сигнала.

Сигнал с выхода модулятора подаётся на модулятор импульсов (МИ) и на анализатор плотности единиц (АПЕ), включенных в цепь ОС.

Сигнал с выхода интегратора модулирует амплитуду импульсов в МИ и с МИ сигнал поступает на , управляя его шагом квантования.

Компандирование по цифровому потоку позволяет более точно согласовывать характеристики передающего и приёмного оборудования при перестройке шага квантования даже при быстрых изменениях сигнала (широкополосные сигналы). Поэтому этот метод, наряду с методом мгновенного компандирования, применяют при передаче сигналов TV.

Некоторые свойства сигналов с ЧРК и ВРК

Напомним, что в системах с ЧРК аналоговый сигнал модулирует колебания несущих частот. После модуляции с помощью фильтров выделяют из спектра АМ сигналов одну боковую полосу (сигналы с ОБП). Каждая боковая полоса имеет ширину 3,4 кГц – 0,3 кГц = 3,1 кГц + fзащитн.4 кГц. Групповой сигнал занимает ширину спектра частот Nfкан., где N- число каналов, fкан.- ширина спектра одного канала.

Т.е. по линии связи может передаваться столько каналов ТЧ, сколько может уместиться боковых полос в общей полосе пропускания линии связи. На практике из-за взаимного влияния проводов в кабеле и из-за необходимости иметь резерв, число используемых каналов процентов на 30% меньше возможного числа.

В системах с ВРК на каналы делится не спектр передаваемых по линии связи частот, а время. При этом каждый канал в момент передачи занимает весь отведённый групповому сигналу спектр частот. Т.к. ширина спектра сигнала обратно пропорциональна длительности импульсного сигнала, то длительность импульсов цифрового сигнала (т.е. скорость передачи) напрямую зависит от ширины частот, передаваемых линией связи.

К настоящему времени сложилась ситуация, когда имеется большое (у нас преобладающее) число каналов связи, предназначенных для передачи аналоговых сигналов с системами ЧРК. В то же время уже имеется значительное число трактов, созданных специально для передачи цифровых сигналов. Поэтому часто возникают ситуации, когда на всём протяжении от абонента к абоненту или на отдельных участках канала связи необходимо передавать аналоговые сигналы по цифровым каналам и наоборот, цифровые сигналы по аналоговым трактам.

При передаче группового аналогового сигнала по цифровому каналу, групповой сигнал подвергают дискретизации. Представляет интерес сравнить полосы частот, занимаемых сигналом в системах с ЧРК и ВРК при различных видах модуляции.

Итак, каждый ТЛФ канал имеет полосу кГц + защитная полоса итого 4кГц. При амплитудной модуляции в системах с ЧРК с помощью фильтров выделяют после смесителей одну боковую полосу (ОБП) шириной также fтч=кГц, но уже в области несущей частоты. Таким образом N-канальный сигнал в системах с ЧРК  ОБП  имеет общую ширину спектра fчркfтч.

В системах с ВРК наиболее широко применяют дискретизированные АИМ и цифровые кодированные ИКМ сигналы.

Сигналы с АИМ различают двух родов АИМ-1 и АИМ-2. При дискретизации с помощью импульсов прямоугольной формы различие АИМ-1 и 2 можно видеть из рисунков.

Т.е. мгновенное значение АИМ-1 на верхушках импульсов повторяет мгновенное значение сигнала, а его спектр, напротив, постоянен в области частот д; 2д и т. д.

Сигнал с АИМ-2 имеет постоянную амплитуду импульсов дискретизации, равную мгновенному значению сигнала в точке отсчёта. А его спектр, напротив, имеет частотную зависимость по закону  в области частот nд.

где - спектральная плотность исходного аналогового сигнала.

     - спектральная плотность импульсов дискретизации.

     Полезная часть общего спектра

Для АИМ-2

     Здесь  - зависит от частоты.

Значит, при наличии шумов в канале, сигналы с АИМ-2 будут иметь амплитудно – частотные искажения, а сигналы с АИМ-1 будут подвержены искажениям амплитуды сигнала.

Из рисунков видно, что одним из способов уменьшения амплитудных и амплитудно-частотных искажений является уменьшение длительности стробирующих импульсов, что и делается на практике. Тогда разница между АИМ-1 и АИМ-2 делается несущественной. Но при    уменьшается доля мощности полезной составляющей в спектре сигнала как АИМ-1, так и АИМ-2, что ухудшает помехозащищённость. В реальных СП с ВРК при  после выделения отсчётов на стороне приёма их удлиняют (растягивают) для увеличения их энергии. Возникающие при этом амплитудные искажения корректируют корректором с коэффициентом передачи

где макс ТЧ.

При дискретизации прямоугольными импульсами спектр дискретного сигнала бесконечен. Теоретически существует сигнал вида  имеющий строго ограниченную ширину спектра. На практике формируют взамен прямоугольного сигнала - сигналы подобные . Т.к. такой сигнал точно сформировать нельзя, то ширина спектра окажется несколько размытой, но вполне приемлемой для практики. При такой реализации общая ширина спектра группового сигнала

c

При этом и помехозащищённость

сигналов с ЧРК с ОБП и ВРК с АИМ-1 и АИМ-2 также одинаковы.

Общим для ЧРК и ВРК с АИМ является важный недостаток – накапливание помех в тракте передачи прямо пропорционально протяжённости канала, а это приводит к сильным искажениям аналогового и дискретного сигналов.

Это обстоятельство наиболее просто исправляется в системах с ИКМ, когда дискретные значения сигнала передаются не мгновенными значениями отсчётов, а кодовыми символами, имеющими одинаковые по форме импульсные сигналы. Это позволяет регенераторам полностью восстанавливать кодовую комбинацию в линейных усилителях – регенераторах без необходимости коррекции формы сигнала.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24511. Реализация (создание) процессов и потоков 14.71 KB
  Одной из основных подсистем мультипрограммной ОС является подсистема управления процессами и потоками которая занимается их созданием и уничтожением поддерживает взаимодействие между ними а также распределяет процессорное время и другие ресурсы между одновременно существующими процессами и потоками. Подсистема управления процессами взаимодействует с другими подсистемами ОС ответственными за управление ресурсами: подсистемой управления памятью подсистемой вводавывода файловой системой. Создать процесс – значит создать дескриптор...
24512. Планирование и диспетчеризация процессов и потоков. Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования 26.96 KB
  Планирование и диспетчеризация процессов и потоков.Планирование и диспетчеризация потоков На протяжении существования процесса выполнение его потоков может быть многократно прервано и продолжено. Планирование потоков включает в себя решение двух задач: определение момента времени для смены текущего активного потока; выбор для выполнения потока из очереди готовых потоков. Существует множество различных алгоритмов планирования потоков посвоему решающих каждую из приведенных выше задач.
24513. Алгоритмы планирования, основанные на квантовании, приоритетах, смешанные алгоритмы 92.27 KB
  В соответствии с этой концепцией каждому потоку поочередно для выполнения предоставляется ограниченный непрерывный период процессорного времени – квант. Смена активного потока происходит в следующих случаях: поток завершился и покинул систему; произошла ошибка; поток перешел в состояние ожидания; исчерпан квант процессорного времени отведенный данному потоку. Поток который исчерпал свой квант переводится в состояние готовность и ожидает когда ему будет предоставлен новый квант процессорного времени а на выполнение в...
24514. Планирование в системах реального времени 20.19 KB
  Планирование облегчается тем что в системах реального времени весь набор выполняемых задач известен заранее часто также известно времени выполнения задач моменты активизации и т. Если нарушение сроков выполнения задач не допустимо то система реального времени считается жесткой система управления ракетой или атомной электростанцией система обработки цифрового сигнала при воспроизведении оптического диска. Для периодической задачи все будущие моменты запроса можно определить заранее путем прибавления к моменту начального запроса величины...
24515. Мультипрограммирование на основе прерываний. Механизм прерываний 25.58 KB
  Мультипрограммирование на основе прерываний. Механизм прерываний.Мультипрограммирование на основе прерываний. Назначение и типы прерываний.
24516. Необходимость синхронизации процессов и потоков. Критическая секция 19.14 KB
  Необходимость синхронизации процессов и потоков.4 Синхронизация процессов и потоков. В многозадачной ОС синхронизация процессов и потоков необходима для исключения конфликтных ситуаций при обмене данными между ними разделении данных доступе к процессору и устройствам вводавывода. Пренебрежение вопросами синхронизации процессов выполняющихся в многозадачной системе может привести к неправильной их работе или даже к краху системы.
24517. Способы реализации взаимных исключений путем запрещения прерываний, использования блокирующих переменных, системных вызовов 103.83 KB
  Поток при входе в критическую секцию запрещает все прерывания а при выходе из критической секции снова их разрешает. Это самый простой но и самый неэффективный способ так как опасно доверять управление системой пользовательскому потоку который может надолго занять процессор а при крахе потока в критической области крах потерпит вся система потому что прерывания никогда не будут разрешены. Для синхронизации потоков одного процесса программист может использовать глобальные блокирующие переменные к которым все потоки процесса имеют прямой...
24518. Назначение и использование семафоров 46.4 KB
  Пусть буферный пул состоит из N буферов каждый из которых может содержать одну запись рис. Для решения задачи введем три семафора: e – число пустых буферов; f – число заполненных буферов; b – блокирующая переменная – двоичный семафор используемый для обеспечения взаимного исключения при работе с разделяемыми данными в критической секции. Использование семафоров для синхронизации потоков Здесь операции Р и V имеют следующее содержание: Ре – если есть свободные буферы то уменьшить их количество на 1 если нет то перейти в состояние...
24519. Взаимные блокировки процессов. Методы предотвращения, обнаружения и ликвидации тупиков 35.63 KB
  Методы предотвращения обнаружения и ликвидации тупиков. Тупиковые ситуации надо отличать от простых очередей хотя и те и другие возникают при совместном использовании ресурсов и внешне выглядят похоже: процесс приостанавливается и ждет освобождения ресурса. Проблема тупиков включает в себя решение следующих задач: предотвращение тупиков; распознавание тупиков; восстановление системы после тупиков. Другой более гибкий подход динамического предотвращения тупиков заключается в использовании определенных правил при назначении ресурсов процессам.