4. Импульсно-кодовая модуляция. Икм-кодирование постоянного и синусоидального напряжений.
Импульсно-кодовая модуляция используется для преобразования аналоговых сигналов в цифровые.
ИКМ система для преобразования аналогового сигнала сообщения в последовательность из 0 и 1. Процесс преобразование называется кодированием. Самое простое, что включает в себя кодирование:
Дискретизация напряжения аналогового сигнала с постоянными интервалами времени с помощью схемы дискретизации с запоминанием отсчетов (лабораторная работа 13);
Сравнение каждого отсчета с напряжением сигнала, называемое квантованием уровней;
Определение того, какой уровень квантования выравниваемого напряжения ближе всего;
Формирование двоичного числа для соответствующего уровня квантования;
Вывод двоичного числа: один бит в одно время ( то есть, формирование последовательности);
Повторения процесса для следующего отсчета.
Модуль ИКМ кодера использует микросхему ИКМ кодирования и декодирования, называемую кодеком, для преобразования аналогового напряжения ( -2V; +2C) в 8-ми битную последовательность двоичных чисел. С 8 битами возможно произвести 256 различных комбинаций чисел между 00000000 и 11111111 включительно. Это значит 256 уровней квантования (один для каждого числа).
Каждое двоичное число передается в форме последовательности блока данных. Первым отправляется самый старший бит (называемый бит-7), бит-6 отправляется следующим и т.д. до младшего разряда (бит-0). Модуль ИКМ кодера формирует на выходе отдельный сигнал цикловой синхронизации (FrameSynchronizationsignal – FS), который выходит в одно время с выходом бит -0. FS сигнал был включен при ИКМ декодировании (лабораторная работа 15) но он также может быть использован при «запуске» осциллографа при просмотре сигнала, который выдает модуль ИКМ кодера.
На рисунке 1 показан пример трех блоков данных на выходе модуля ИКМ кодера (каждый бит показан как 0 и 1, так как возможно любое значение) вместе с их тактовым входом и FS выходом.
5. Демодуляция икм сигналов. Спектр декодированного икм-сообщения. Восстановление сообщения.
6. Дискретизация при импульсно-кодовой модуляции. Наложение спектров и частота Найквиста.
7. Линейное кодирование. Восстановление сигнала битовой синхронизации.
Цифровые сигналы передаются по разным линиям связи - кабельным (электрическим и волоконно-оптическим), радиорелейным и спутниковым. В зависимости от используемой среды распространения сигналам в линии придают различный вид, при котором параметры сигнала в наибольшей степени согласованы с параметрами линии связи. Эта операция называется линейным кодированием, при котором символы “1” и “0” информационного сигнала заменяются цифровым сигналом, характеристики которого в большей степени соответствуют параметрам линии. Полученный в результате линейного кодирования цифровой сигнал называется линейным кодом.
8. Ограничение полосы частот и его влияние на форму цифрового сигнала.
В классической модели коммуникаций, сведения (сообщение) двигаются от передатчика к приемнику по каналу. Количество передаваемой информации может быть использовано для канала, включающего: металлические конструкции (такие как «витая пара» или коаксиальный кабель), оптическое волокно и воздушное пространство (что люди обычно называют «радиоволнами»).
Независимо от используемой среды, все каналы имеют полосу пропускания. То есть, среда определяет частотный диапазон сигнала, для относительно устойчивого к различным воздействиям прохождения, в то время как частота за пределами данного диапазона затухает. Таким образом, канал действует как фильтр.
Этот процесс имеет важные последствия. Напомним, что модулированный сигнал при аналоговой модуляции (такой как АМ) состоит из множества синусоид. Если полоса пропускания среды не достаточна широка, то одни колебания затухают, другие могут быть вовсе потеряны. В обоих случаях это приводит к тому, что демодуляция сигнала (восстановление сообщения) воспроизведет не точную копию первоначального сигнала.
Аналогичным образом, напомни, что цифровые сигналы также состоят из множества синусоидальных колебаний (называемых основной синусоидой и гармониками). Опять же, если полоса пропускания среды не достаточно широка, некоторые их них затухают и/или теряются и это может привести к изменению формы сигнала.
Для иллюстрации последнего момента рисунок 1 показывает, что случается, если все кроме первых двух синусоид удалены. Как вы можете видеть, сигнал искажен.
Ситуацию усугубляет и то, что канал как фильтр, в котором сдвиги фаз между синусоидами отличаются. Опять же, иллюстрация на рисунке 2 показывает сигнал, который был изображен на рисунке 1, с разницей лишь в том, что здесь первые две синусоиды сдвинуты по фазе на 40 °.
Вообразите, как же сложно цифровому приемнику (ИКМ декодеру) будет распознать логический уровень сигнала, изображенного на рисунке 2. Некоторые, а возможно и большинство из них, будут неправильно понимать и формировать ложное напряжение. Делать восстановление сообщения искаженным, с шумом, что очевидно есть проблема!