102

мощность сигнала увеличивается с ростом числаLKB уровней квантования, поскольку растет число кодовых импульсов на один отсчет и вместе с этим падает энергия элемента сигнала за счет уменьшения длительности импульса. Однако уменьшение энергии сигнала происходит значительно медленнее, чем уменьшение шума квантования. Так, при переходе от 128 к 256 уровням шум квантования падает на 6 дБ (см. таблицу 11.1), а длительность импульса при переходе от 7 к 8 разрядам уменьшается в 87 @ 1,14 раза, т.е. несущественно. Для обеспечения в данном случае той же вероятности ошибкиPe требуется увеличить мощность сигнала в 1,14 раза, т.е. всего на 0,6 дБ.

Как и в помехоустойчивых аналоговых системах модуляции, в системах с ИКМ можно производить обмен полосы частот сигнала на мощность.

дискретизации в соответствии с теоремой Котельникова равна удвоенной ширине спектра сообщения (FB ) . После квантования каждый отсчет может

уровней квантования по логарифмическому закону. При этом, согласно формуле (11.21), растет верность передачи сообщений.

Таким образом, обмен полосы частот на мощность в ИКМ системах осуществляется более эффективно, чем в системах с аналоговой ЧМ или ФМ. Отношение мощности сообщения к мощности шума на выходе в этих системах растет пропорционально квадрату ширины спектра сигнала.

В системе с ИКМ это отношение растет быстрее, поскольку ширина спектра пропорциональна числу и символов, а мощность шума квантования

11.3.2Системы, использующие кодирование с предсказанием

При передаче речевых и телевизионных сообщений между отсчетами имеются корреляционные связи, которые обусловлены неравномерностью спектра и выбором отсчетов через интервалDt , несколько меньший, чем это требуется по теореме Котельникова. Используя корреляционные связи между отсчетами, можно повысить эффективность систем передачи информации.

103

Один из способов повышения эффективности основан на передаче с предсказанием.

Структурная схема, поясняющая принцип построения систем с предсказанием, приведена на рисунке11.6. На передающей стороне формируется сигнал ошибки предсказания e (k ) путем вычитания из каждого отсчетаl (k )

содержатся новые сведения, представляющие разность между истинным и предсказанным значениями. На приемной стороне формируется отсчет l* (k )

путем суммирования принятого значения ошибки предсказанияe* (k ) с

предсказанным значением l%* (k ) . При отсчетах с большей корреляцией сигнал предсказания формируется точнее и для передачи сигнала ошибки требуется

r = l (k )l (k -1) - коэффициент корреляции между отсчетами.

Рисунок 11.6.

Рисунок 11.7.

При p > 0,5 энергия сигнала ошибки Ee меньше энергии исходного сигнала El .

В цифровых системах отсчеты сигнала ошибкиe (k ) передаются с

предварительным квантованием и кодированием. Такие системы называют

системами с дифференциальной ИКМ(ДИКМ). Шум квантования в системах с ДИКМ меньше, чем в обычной системе с ИКМ, поскольку его мощность составляет долю мощности ошибки предсказания. Что касается шума ложных импульсов, то он ухудшает верность передачи при ДИКМ

104

больше, чем при ИКМ, поскольку ошибочный прием кодовой комбинации ведет к ошибочному приему нескольких коррелированных отсчетов сообщения.

Другим способом реализации систем с предсказанием является дельтамодуляция (ДМд), при которой число уровней квантования сигнала ошибки снижено до двух. Это становится возможным при большой частоте дискретизации и росте корреляции между отсчетами. Квантованный сигнал ошибки можно представить в виде

eKB.C (k ) = g (k ) Dl

где

ì+1 при e (k ) ³ 0; g (k )= ïí

ïî-1 при e (k )< 0.

Сигнал на выходе дельта-модулятора несет информацию только о знаке сигнала ошибки. На приемной стороне включается интегратор (Инт), который прибавляет или вычитает Dl , за счет чего уменьшается погрешность между исходными и восстановленными значениями отсчетов. Схема, поясняющая принцип системы с ДМд, приведена на рисунке 11.7. Кодер (квантователь) (Кд) формирует знакопеременные импульсы g (k ) в соответствии с правилом

g (k ) = sin n{l (k ) - lKB (k -1)},

Рисунок 11.8.

где

ì1, если x ³ 0; sin n{x }= í

î-1, если x < 0.

Сигнал lKB (k -1) определяется в результате суммирования всех предыдущих квантованных сигналов ошибки:

lKB (k -1) = åÎKB.C (i )= Dlåg (i ).

105

Символы g (k ) передаются по каналу связи. Одновременно импульсы Dlg (k ) поступают на интегратор (сумматор), где формируется квантованный отсчет lKB (k ) , который сравнивается с последующим отсчетом сообщения.

Вид квантованного сигнала l%KB (t ) на выходе интегратора показан на рисунке 11.8, а, символы g (k ) - на рисунке 11.8, б. При ДМд соседние значения ступенчатой функции l%KB (k ) различаются обязательно на величину одного

шага квантования Dl . Интегратор на приемной стороне выполняет ту же операцию, что и интегратор на передающей стороне, формируя по принятым

Системы с ДМд имеют более высокую частоту следования отсчетов по сравнению с системами ИКМ и ДИКМ.

Рисунок 11.9.

При ДМд на каждый отсчет приходится один импульс, а при ИКМ — несколько в зависимости от числа уровней, поэтому частота следования

Частота дискретизации в системах с ДМд может быть снижена путем введения переменного шага квантования, зависящего от скорости изменения сообщения: на участках с более высокой крутизной шаг квантования увеличивается. Для этого требуется вводить анализатор плотности единиц, который фиксирует наличие определенного числа следующих подряд символов одного знака и формирует последовательность импульсов. Эта последовательность

интегрируется, и результат подается на амплитудный ,модулятор