12 Аналого-цифровое преобразование

 

Сегодня, в век научно-технической революции наблюдается бурный рост объема информации всех трех видов: личной, специальной и массовой.

Доставка информации может осуществляться двумя способами:

- непосредственным (личный контакт людей);

- опосредованным (с использованием технических средств).

Для того, чтобы информацию можно было доставлять, хранить, обрабатывать и использовать, она должна быть представлена в виде сообщения. Кроме переданной от источника информации сообщение должно содержать адрес и различные служебные сведения. В состав сообщения может также входить дополнительная информация, которая служит для обнаружения и даже устранения ошибок, возникающих при передаче сообщения, т.е. для повышения верности полученной информации.

Сообщения могут быть непрерывными (аналоговыми) и дискретными.  

Непрерывным называется сообщение, которое описывается непрерывной функцией времени. Пример: речь по телефону, программа вещания. Здесь изменение во времени звукового давления на мембрану подлежит передаче.

Дискретное сообщение представляет собой последовательность отдельных элементов. Пример: телеграмма - это сообщение, а буквы - это элементы сообщения.

В цифровых системах передачи (ЦСП), цифровых системах коммутации (ЦСК) аналоговый первичный сигнал, подаваемый на вход канала подвергается преобразованию в цифровую форму с помощью трех операций: дискретизация во времени, квантование по амплитуде и кодирование.

Эти операции осуществляются в устройстве, называемом А-Ц-П. на передающем конце и на приемном Ц-А-П (аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразования).

Следовательно, АЦП должен содержать дискретизатор Д, квантователь Кв , кодирующее устройство Код . Обычно Кв  и Код  совмещены.

Дискретизация непрерывного сигнала во времени может быть показана в виде электронного ключа, который периодически замыкается с периодом Тд. Частота дискретизации Fд = 1/Тд. На выходе соответствующей системы создается АИМ сигнал, который представляет собой совокупность отсчетов непрерывного сигнала.

 

 

В соответствии с теоремой Котельникова Fд  должна быть в 2 и более раз больше максимальной частоты спектра непрерывного сигнала низкочастотного канала. Спектр низкочастотного канала составляет  300 – 3400 Гц. Поэтому Fд = 8 кГц.

Квантование - это установление уровней, разрешенных для передачи. Между двумя ближайшими разрешенными уровнями имеется промежуток, называемый шагом квантования i . Если на вход квантующего устройства попадает отсчет сигнала А, то значение его будет определяться уровнями, разрешенными для передачи Сi и Сi_+1.

 

 

 

 

Т.е. сигнал А передается квантованным импульсом Сi  или С_i+1. Какой именно будет его амплитуда, зависит от соотношения /С_i  - А/ и /С_i+1  - А/.Если /С_i – А/ < /С_i+1  - А/  то  передается кантованный импульс С_{i. .}  В противном случае, если /C_i  - А/ > /C_i+1  - A/, то передается квантованный импульс С_I+1.

 Шаг квантования     i  ₌ C_{i + 1}  - С_{i .}   Если шаги  квантования одинаковы и не зависят от уровня квантования, то квантование называется равномерным. Возможно неравномерное квантование, при котором шаги квантования различны.

            В процессе квантования возникает ошибка вследствие того, что передаваемый квантованный сигнал отличается от истинного на /A – Ci/.

Эту ошибку можно рассматривать как специфическую помеху - шум квантования. Последний представляет собой случайную последовательность импульсов, максимальное значение амплитуды которых не превышает половины шага квантования i/2 .  Чем меньше шаг квантования, тем меньше шум квантования, но больше число передаваемых разрешенных уровней (количество уровней квантования может быть до 2000).

Кодирование. В процессе кодирования квантованных АИМ сигналов может использоваться ИКМ, ДМ модуляции или их модификации. Наибольшее распространение получила ИКМ модуляция.

 

		ик

 

Система ИКМ. Количество организуемых каналов – 32.

           Частота дискретизации Fд = 8 кГц. Период Т = 125 мкс.

            Длительность канального импульса равна

                                                                                   

Число элементов кода в группе n=8; число уровней квантования 2ⁿ  = 256.

Время передачи одного элементного кода:

Частота следования элементов кода в групповом ИКМ тракте f_э:

Соответственно скорость передачи информации в линии связи: V=2.048 Мбит/с.