Xreferat.com » Рефераты по коммуникации и связи » Цифровые методы передачи непрерывных сообщений

Цифровые методы передачи непрерывных сообщений

Размещено на /


ЦИФРОВЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ


ИМПУЛЬСНО-КОДОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ


Непрерывные сообщения можно передавать по дискретным системам связи. Для этого их преобразуют в цифровую форму с помощью операции дискретизации по времени, квантование по уровню и кодирование.

Наиболее распространенным способом преобразования непрерывных сообщений в цифровую форму является импульсно-кодовая модуляция (ИКМ), при которой их передаваемого сообщения берутся отсчеты с интервалом Цифровые методы передачи непрерывных сообщений, таким, чтобы по отчетам можно было с требуемой точностью восстановить сообщение.

Отчеты квантуются по уровню, и передаче принадлежат номера уровней квантования, представляемые, как привило, тем или иным двоичным кодом. Значность кода k и число уровней квантования Цифровые методы передачи непрерывных сообщенийв данном случае связаны соотношением Цифровые методы передачи непрерывных сообщений, причем обычно имеет место знак равенства.

В результате непрерывное сообщение преобразуется в поток двоичных символов, который поступает на вход дискретного канала связи. Операции, связанные с преобразованием непрерывного сообщения, поступающего от источника. И, осуществляется в аналогово-цифровом преобразователе (АЦП) (рис.1).

Двоичные символы с выхода дискретного канала связи подаются на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), преобразующий кодовые комбинации в отсчеты, по которым и производится восстановление переданного непрерывного сообщения, предназначенного для получения П.

Для передачи двоичных символов могут использоваться различные виды манипуляции: амплитудная, фазовая, частотная. В соответствии с этим производится классификация систем: ИКМ-АМ, ИКМ-ФМ, ИКМ-ЧМ.

Ошибки передачи непрерывных сообщений цифровыми методами связаны с дискретизацией непрерывных сообщений по времени, квантованием отсчетов по уровню и неверной передачей отдельных символов цифрового потока по дискретному каналу связи. Далее считается, что причиной ошибок передачи цифровых символов является шум, действующий в канале.

Поэтому соответствующая ошибка называется шумовой. Можно полагать, что при ИКМ относительный средний квадрат ошибки


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений (1)


Ошибка дискретизации по времени Цифровые методы передачи непрерывных сообщенийопределяется свойствами передаваемого сообщения и способом восстановления сообщения по отсчетам.

При равномерном квантовании по уровню можно найти


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений (2)

Здесь принято, что Цифровые методы передачи непрерывных сообщений


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений

Рис.1 Структурная схема системы с ИКМ


Шумовая ошибка будет оценена далее.

Цифровые методы передачи обладают рядом технических и эксплуатационных преимуществ перед аналоговыми. Из основных можно указать следующие:

малое влияние аппаратурных погрешностей на точность передачи сообщений. Фактически они сказываются лишь при аналого-цифровом и цифроаналоговом преобразованиях. Это позволяет обеспечить в цифровых системах точность передачи сообщений, не достижимую в аналоговых;

высокая помехоустойчивость. Сообщение будет искажено лишь при неправильном приеме символов цифровой последовательности, т.е. при достаточно большой мощности помехи;

возможность регенерации сигналов (восстановления их формы) при ретрансляции. Это позволяет устранить накопление ошибок, что особенно важно для радиорелейных линий;

высокие технико-экономические показатели – широкое использование элементов цифровой техники, низкие требования к линейности общего тракта и т.п.

К недостаткам цифровых систем относится их сложность (по сравнению с аналоговыми), а также широкая полоса частот сигнала.

Например, если при АИМ для передачи отсчета требуется один импульс, то при ИКМ k импульсов, т.е. полоса расширяется в k раз.

Полоса частот сигнала при ИКМ определяется скоростью цифрового потока на выходе АЦП.


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений (3)


при этом k влияет на Цифровые методы передачи непрерывных сообщений, а Цифровые методы передачи непрерывных сообщений- на Цифровые методы передачи непрерывных сообщений. Задача оптимизации цифрового представления заключается в том, чтобы при заданном значении суммарной ошибки Цифровые методы передачи непрерывных сообщений+Цифровые методы передачи непрерывных сообщенийвыбрать такие значения k и Цифровые методы передачи непрерывных сообщений, при которых Цифровые методы передачи непрерывных сообщений минимально. Если принять во внимание (2),то нетрудно видеть, что обычно Цифровые методы передачи непрерывных сообщенийЦифровые методы передачи непрерывных сообщенийЦифровые методы передачи непрерывных сообщений.


2. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМ СВЯЗИ С ИМПУЛЬСНО-КОДОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ


Рассмотрим механизм влияния ошибок приема двоичных символов на точность восстановления сообщения при равномерном квантовании (рис.2).

На приемной стороне кодовые комбинации преобразуются в амплитуду импульса


Цифровые методы передачи непрерывных сообщенийЦифровые методы передачи непрерывных сообщений,


где Цифровые методы передачи непрерывных сообщений- шаг квантования, Цифровые методы передачи непрерывных сообщений- значение i-го разряда кодовой комбинации (Цифровые методы передачи непрерывных сообщений).

Если символы из-за действия шума принимаются неверно, то амплитуда импульса получает шумовую изоляцию


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений, (4)


где Цифровые методы передачи непрерывных сообщений- случайная величина, принимающая значения Цифровые методы передачи непрерывных сообщений=1 с вероятностью Цифровые методы передачи непрерывных сообщений, Цифровые методы передачи непрерывных сообщений=-1 с вероятностью Цифровые методы передачи непрерывных сообщений, Цифровые методы передачи непрерывных сообщений= 0 с вероятностью 1-Цифровые методы передачи непрерывных сообщений, Цифровые методы передачи непрерывных сообщений и Цифровые методы передачи непрерывных сообщений - вероятности появления символов 0 и 1 в кодовых группах, Цифровые методы передачи непрерывных сообщенийи Цифровые методы передачи непрерывных сообщений- вероятности ошибок при передаче символов 0 и 1 соответственно,


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений

Цифровые методы передачи непрерывных сообщений

Рис.2 Диаграмма образования ошибки приема кодовой комбинации при ИКМ


Можно считать, что Цифровые методы передачи непрерывных сообщений. В приемнике дискретных сообщений систем ИКМ, как правило, вероятности Цифровые методы передачи непрерывных сообщений и Цифровые методы передачи непрерывных сообщений одинаковы. Поэтому Цифровые методы передачи непрерывных сообщений= Цифровые методы передачи непрерывных сообщений=Цифровые методы передачи непрерывных сообщений.

Математическое ожидание и дисперсия дискретной случайной величины Цифровые методы передачи непрерывных сообщенийне зависит от Цифровые методы передачи непрерывных сообщений:


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений


Среднее значение шумовой составляющей амплитуды импульсов на выходе ЦАП равно нулю, а дисперсия


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений, (5)


где Цифровые методы передачи непрерывных сообщений- максимальное значение амплитуды импульса на выходе ЦАП. При выводе (5) полагалось, что ошибки приема различных символов независимы.

Следует отметить, что на выходе ЦАП ошибки, вызванные действием шума, проявляются как случайная последовательность импульсов, вероятность появления которых мала, но амплитуда, как правило, большая. Это, в частности, видно и из (5).

Таким образом, шум в системах с ИКМ приводит к образованию аномальных ошибок. Причиной малых ошибок передачи сообщений являются интерполяция и квантование.

Количество оценить влияние аномальных ошибок на качество передачи сообщений можно по среднему интервалу времени Цифровые методы передачи непрерывных сообщений между ошибками. Если задаться некоторым значением Цифровые методы передачи непрерывных сообщений, то допустимая вероятность ошибки приема символа


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений (6)


Иногда оценивают средний квадрат ошибки приема сообщения. При этом исходят из следующих соображений. Спектральную плотность мощности случайного импульсного процесса*, возникающего на выходе ЦАП, в пределах полосы частот передаваемого сообщения можно считать равномерной


Цифровые методы передачи непрерывных сообщенийЦифровые методы передачи непрерывных сообщенийЦифровые методы передачи непрерывных сообщений. (7)


Полезный сигнал на выходе


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений (8)


Из (5), (7), (8) вытекает, что при Цифровые методы передачи непрерывных сообщений средний квадрат ошибки, вызванной действием шума,


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений (9)


Удельные расходы мощности при ИКМ находим из следующих соображений. Суммарная ошибка (1) должна быть перераспределена между составляющими.

В первом приближении можно полагать Цифровые методы передачи непрерывных сообщений На основании (9) вычисляем Цифровые методы передачи непрерывных сообщений и по заданному виду манипуляции и способу приема определяем необходимое значение Цифровые методы передачи непрерывных сообщений, где Цифровые методы передачи непрерывных сообщений- мощность сигнала, Цифровые методы передачи непрерывных сообщений - длительность необходимого двоичного символа. Далее, зная соотношение между Цифровые методы передачи непрерывных сообщений и Цифровые методы передачи непрерывных сообщений, а также между Цифровые методы передачи непрерывных сообщений и Цифровые методы передачи непрерывных сообщений, можно найти Цифровые методы передачи непрерывных сообщений. Например, если Цифровые методы передачи непрерывных сообщенийто


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений (10)


Удельный расход полосы находится следующим образом. Например, для системы ИКМ-ФМ при Цифровые методы передачи непрерывных сообщенийЦифровые методы передачи непрерывных сообщений


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений (11)


Как показывают оценки, системы с ИКМ, в частности ИКМ-ФМ, обладает более высоким по сравнению с аналоговыми методами передачи помехоустойчивостью.

Помехоустойчивость ИКМ можно повысить, если использовать помехоустойчивые коды. За счет этого можно уменьшить удельные расходы мощности в 2-4 раза (на 3 .. 6 дБ). Удельные расходы полосы при этом возрастут примерно в 2 раза.

Существует еще одна возможность повышения помехоустойчивости ИКМ. В реальных сообщениях данный отчет не может значительно отличаться от соседних.

Если же такое отличие имеется, то это говорит о том, что данная кодовая комбинация принята с ошибкой и ее надо «отбраковать». Значение отсчета при этом принимается равным интерполированному значению, которое находится по соседним отсчетам. Тем самым устраняются большие аномальные ошибки. Данный способ позволяет уменьшить расходы мощности на (1. 3) дБ при неизменных удельных расходах полосы.


3. Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция


Соседние отсчеты реальных сообщений, как правило, сильно коррелированны. Это позволяет, исходя из значений предыдущих отсчетов, прогнозировать значение данного отсчета.

При этом дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (ДИКМ, рис.3 ) квантуются не отсчеты, а разности между предсказанными Цифровые методы передачи непрерывных сообщений и истинными Цифровые методы передачи непрерывных сообщенийзначениями отсчета.


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений

РРис.3 Структурная схема с ДИКМ


В ДИКМ можно уменьшить значность кодовых комбинаций по сравнению с ИКМ и тем самым сократить скорость цифрового потока Цифровые методы передачи непрерывных сообщений, уменьшить полосу частот сигнала и повысить помехоустойчивость. На приемной стороне (рис. 3) принятое значение отсчета разности добавляется к предсказанному и в результате формируется оценка отсчета.

Часто в качестве Цифровые методы передачи непрерывных сообщенийберут предыдущее значение отсчета


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений,


поэтому


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений.


Известно несколько вариантов технической реализации ДИКМ. Основное различие между ними состоит в операциях формирования разностного сигнала Цифровые методы передачи непрерывных сообщенийв одних системах Цифровые методы передачи непрерывных сообщенийформируется в аналоговой форме, а затем квантуется и кодируется, в других сообщение Цифровые методы передачи непрерывных сообщений превращается в цифровую форму и все операции выполняются в цифровом виде.

Из сказанного видно, что при разностных методах кодер и декодер сложнее. Дополнительные трудности возникают при построении многоканальных систем при ИКМ кодер и декодер могут быть общим для всех канал, а при ДИКМ они, как правило, индивидуальные.

Специфическая ошибка систем ДИКМ связана с «перегрузкой по наклону». Она возникает при быстром изменении сообщения, когда Цифровые методы передачи непрерывных сообщений оказывается больше, чем можно передать и помощью кодовой комбинации.

При оценке помехоустойчивости ДИКМ является дельта-модуляция (ДМ), при которой кодовая комбинация состоит из одного разряда, передающего знак разности. Принцип передачи сообщения при ДМ показан на рис.4а.

Отсчеты Цифровые методы передачи непрерывных сообщений сравниваются с квантованными отсчетами Цифровые методы передачи непрерывных сообщений, полученными в результате суммирования в накопителе (интеграторе) всех предыдущих квантованных сигналов ошибок.


Цифровые методы передачи непрерывных сообщений

а)

дискретный связь модуляция импульсный

Цифровые методы передачи непрерывных сообщений

б)

Рис.4 Структурная схема системы с дельта-функцией (а) и диаграмма формирования сигнала на ее выходе (б)


Если Цифровые методы передачи непрерывных сообщенийЦифровые методы передачи непрерывных сообщений, то квантователь формирует +1 (знак разности положителен), в противном случае получаем -1(знак разности отрицателен).

На выходе накопителя квантованный сигнал Цифровые методы передачи непрерывных сообщений имеет вид ступенчатой функции (рис. 4б), причем каждый импульс +1 увеличивает, а -1 уменьшает ступенчатую функцию на один шаг квантования. В данном случае роль предсказателя играет накопитель (интегратор).

На приемной стороне сигнал ДМ декодирует накопитель, аналогичный тому, что стоит на передающей. На его выходе (при отсутствии сбоев в дискретном канале) образуется ступенчатое напряжение Цифровые методы передачи непрерывных сообщений. После фильтрации получается оценка сообщения Цифровые методы передачи непрерывных сообщений.

Шумы в дискретном канале связи не приводят к образованию аномальных ошибок, но накопление ошибок имеет место.

Скорость цифрового потока Цифровые методы передачи непрерывных сообщений в рассмотренном варианте ДМ, как правило, получается больше, чем при ИКМ. Одним из способов показателей ДМ является использование в качестве накопителя дельта модулятора (рис. 4) не одиночного, а двойного интегратора.

Можно показать, что в этом случае формируемая копия сигнала состоит из отрезков, наклон которых соответствует импульсному сигналу на входе интегратора. Переход к двойному интегратору уменьшает мощность шума квантования (при том же Цифровые методы передачи непрерывных сообщений) на 6 .. 10 дБ.

При дельта-модуляции шаг квантования, с одной стороны, должен быть настолько мал, чтобы шум квантования не превысил допустимого значения, а с другой стороны – достаточно велик, чтобы не возникли шумы перегрузки. Если шаг квантования остается постоянным, необходимо увеличивать частоту дискретизации.

Размещено на

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: