Этап II – Квантование сигналов

Если снимать отсчеты без каких-либо ограничений, то мы можем получить любые значения из диапазона. С какой точностью необходимо эти отсчеты определять? Действительно, если шкала будет слишком мелкая, то уровней будет слишком много и для передачи одного значения необходимо будет большое количество разрядов. И потом здесь не обойтись без каких-либо округлений, неизбежны погрешности.

Для того чтобы достигнуть компромисса между точностью определения уровня и, в то же время, эффективностью использования канала было предложено использовать квантование сигналов.

Квантование сигналов – дискретизация сигналов по уровням.

Вертикальная шкала разбивается на уровни. Для того, чтобы представить эти десятичные числа в двоичном виде, чтобы как-то закодировать номера этих уровней, выполняется следующий этап – кодирование.

Этап III – Кодирование

Кодирование – перевод в двоичный вид номера уровня. В зависимости от того, сколько битов используется для кодирования, может передаваться различный код.

Получается, что через каждые ∆t промежутки времени определяется уровень сигнала, полученное значение округляется до ближайшего фиксированного уровня. По результатам этого отсчета в канал посылается соответствующее округленное значение. Затем определяется следующее значение и т.д.

Таким образом, непрерывная функция представляется в виде последовательности битов.

На приемной стороне выполняются обратные действия.

Понятно, что при передаче сигнал искажается. Где-то добавляется лишнее, где-то отрезается необходимое. Тогда говорят, что возникает шум квантования (погрешность квантования).

Чем больше шаг квантования ∆a, тем больше будет погрешность.

Для снижения этой погрешности необходимо уменьшать шаг квантования, однако если он будет слишком маленьким, то количество допустимых уровней будет возрастать, и на передачу номеров уровней будет требоваться большее количество разрядов, большее количество бит, и, следовательно, большая пропускная способность канала. Общая пропускная способность системы снижается.

Допустим, у нас передается цифровой сигнал с некоторым значением уровня a. Этот сигнал при передаче по реальному каналу тоже подвергается воздействию разных помех. В результате на приемной стороне может оказаться, что амплитуда сигнала будет увеличена, т.е. появится помеха или наоборот, могло произойти затухание сигнала.

В состав систем передачи данных (СПД) входит различного рода аппаратура: каналообразующая и аппаратура промежуточных пунктов: усилители в аналоговых, регенераторы в цифровых. Если в нашей СПД максимальное значение помехи - , то если мы выберем шаг квантования , то на приемной стороне, в любом регенераторе, мы всегда можем восстановить исходное значение сигнала.

Действительно, если передается исходный сигнал со значением уровня , то поступает, либо , либо . При повторном квантовании в любом случае получится исходное значение .

В аналоговых же СПД помехи усиливаются вместе с сигналом.

Лекция 18 ноября 2011 г.