книги из ГПНТБ / Гуревич В.Э. Импульсно-кодовая модуляция в многоканальной телефонной связи

ды, но различной длительности. Длительность импульсов на вы­ ходе преобразователя пропорциональна амплитудам отсчетов. Мо­ дулированные по длительности импульсы управляют логическим элементом И, на .второй вход которого .постоянно поступают корот­ кие эталонные импульсы с постоянным периодом следования (иног­ да называемые квантующими импульсами). Пока элемент И от­

длительность пачки равна длительности широтно-модулированного импульса. Следовательно, число импульсов в пачке пропорцио­ нально амплитуде отсчета кодируемого сигнала. Количество им­

результат счета устанавливается на кодовых выходах счетчика и выражает двоичный эквивалент кодируемого сигнала. Импульсы сброса, поступающие на Вх3, возвращают счетчик в исходное со­ стояние после формирования каждой кодовой группы. В кодере такого типа погрешности кодирования могут быть обусловлены нестабильностью частоты следования эталонных импульсов, нели­ нейностью преобразования АИМ-ШИМ, ошибками работы двоич­ ного счетчика, конечной разрешающей способностью элемента И

ит. п.

Всистемах ВД-ИКМ наибольшее распространение получили взвешивающие кодеры. Структурная схема одного из вариантов такого кодера приведена на рис. 5.3а.

Рис. 5.3. Обобщенная структурная схема кодера поразрядного жодировр- :ния (а) іи .временная (диаграмма его работы (б)

90

стный сигнал, равный 4Д0 , меньше эталонов третьего й четвёртого каскадов. Разностный сигнал поступит без изменения на схему сравнения пятого каскада, эталон которого равен 4 До. В этом случае возможны два исхода: 1) на кодовом выходе пятого каска­ да будет сформирована «единица» и процесс поразрядного срав­ нения и вычитания на этом прекратится, так как разностный сиг­ нал на входах последних (шестого и седьмого) каскадов будет равен нулю; 2) на кодовом выходе пятого каскада будет сформи­ рован «нуль», на вход шестого каскада поступит разностный сиг­ нал, равный 4До, а на его кодовом выходе будет сформирована «единица». Аналогичным образом, на вход седьмого каскада по­ ступит разностный сигнал 2Д0 , а на его кодовом выходе будет также сформирована «единица».

В идеальном кодирующем устройстве возможен лишь первый исход, так как такое устройство четко реагирует на соотношение "ргС0=^"эті выдачей кодового импульса. При этом на выходе ко­ дера будет сформирована кодовая группа 1100100; она имеет ус­

ловный вес (64 + 32 + 0 + 0 + 4 + 0 + 0) Д о = 100 А0 .

В реальном кодирующем устройстве возможна некоторая не­ определенность решения, так как схема, реагирующая на соотно­ шение Ирі/О^Иэтг, может быть выполнена лишь с конечной сте­

искажения обусловлены конечной точностью осуществления про­ цессов сравнения и вычитания, конечной стабильностью и точно­ стью установки напряжений и т. п. По аналогии с искажениями (шумами) квантования они называются шумом кодирования и от­ носятся к классу инструментальных погрешностей.

Структурная схема кодера, показанная на рис. 5.3а, поясняет только принцип поразрядного кодирования; она может быть видо­ изменена с целью достижений тех или иных технических целей. Так .например, включение на выходе каждой схемы вычитания уси­ лителя с коэффициентом усиления, равным 2, позволяет умень­ шить количество источников эталонных сигналов с ткв до 1. Вве­ дение в схему кодера обратной связи при сохранении числа эта­ лонов, равного ткв, позволяет уменьшить количество схем сравне­ ния и вычитания с ткв до 1.

Принцип работы кодирующих устройство с кодовым полем (матричных кодеров) основан на использовании физической мо­ дели кодовой таблицы. Кодовая таблица определяет точное взаим­ ное соответствие между номером разрешенного уровня и располо­ жением импульсов и пробелов в кодовой группе. Если в кодере взвешивающего типа кодируемый сигнал сравнивается последова­ тельно во времени с набором эталонных сигналов («разновесков»),

92

а в кодере последовательного счета происходит сопоставление ко­ дируемого сигнала с эталонным временным интервалом, то в мат­ ричном кодере сигнал сопоставляется непосредственно с физиче­ ской моделью кодовой таблицы — кодовым полем.

Кодовое поле может быть создано различными способами. На­ пример, в электроннолучевой кодирующей трубке [3, 4] имеется кодовое поле в геометрическом пространстве, это — кодовая мас­ ка, представляющая собой металлическую пластинку с отверстия­ ми, соответствующими «единицам» кодовой группы, и непрозрач­ ными участками, соответствующими «нулям». Процесс кодирова­ ния заключается в подаче отсчета сигнала на пластины верти­ кального отклонения электроннолучевой трубки, луч которой под воздействием сигнала смещается по кодовой маске от исходного (среднего) положения на расстояние, пропорциональное величине кодируемого сигнала. За маской расположены один или несколь­ ко коллекторов, представляющих собой кодовые выходы электрон­ нолучевого кодера. Попадание электронного луча в отверстие ма­ ски возбуждает на выходе кодера импульс («единицу»), а попада­ ние луча в ее непрозрачную часть приводит к формированию на выходе кодера .пробела («нуля»).

пушка

Рис. 5.4. Электроннолучевой кодер последовательного действия

На рис. 5.4 и 5.5 приведены схематические изображения электроннолучевых кодеров соответственно последовательного и параллельного действия. Отклоняющие пластины располагают по отношению к кодовой маске так, что напряжение сигнала, подан­ ное на вертикально-отклоняющие пластины, смещает поток элек­ тронов вдоль оси уровней кодовой маски.

93

В кодере последовательного действия электронный поток фоку­

пающего на пластины горизонтального отклонения; уровень коди­

Рис. 5.5. Электроннолучевой кодер параллельного действия

Для реализации электроннолучевого кодера параллельного дей­ ствия необходимо обеспечить формирование плоского электронно­ го луча. В этом случае луч смещается лишь в одном направлении— вдоль оси уровней кодовой маски. Электронный поток падает од­ новременно на все участки кодовой маски, соответствующие дан­ ному уровню, а наличие для каждого кодового выхода (для каж­ дого разряда) отдельного коллектора обеспечивает получение па­ раллельного кода, т. е. кодовых комбинаций, посылки которых формируются на выходе кодера одновременно. Такие кодеры обе­ спечивают наибольшее быстродействие.

Рассмотренные структурные схемы трех типов кодирующих устройств были выбраны для простейшей иллюстрации принципов

принципа построения кодера определяется конкретными требова­ ниями к системе связи и достигнутым уровнем развития схемотех­ ники.

Обобщенные структурные схемы основных типов декодеров.

Процесс декодирования, обратный процессу кодирования, заклю­ чается в том, что в специальном устройстве — декодере — путем преобразования кодовых групп вырабатываются импульсы, вели-

94

чина которых пропорциональна квантованным отсчетам передавае­ мого сигнала. Так же, как и кодирование, декодирование может быть осуществлено различными способами. Хотя по аналогии с классификацией кодеров различают счетные, взвешивающие и мат­ ричные декодеры, принципы построения кодера и декодера не же­ стко связаны между собой. Так, например, матричному кодирова­ нию на передаче не обязательно должно соответствовать матрич­ ное декодирование.

Наибольшее распространение получили декодеры параллельно­ го действия, принцип работы которых соответствует .методу взве­ шивания. Обобщенная структурная схема параллельного декоде­ ра сигналов, представленных в натуральном двоичном коде, при­ ведена на рис. 5.6. Алгоритм работы такого декодера вытекает

из разрядного представления номера разрешенного уровня в дво­ ичной системе счисления согласно ф-ле (5.2). Он состоит в ис­ пользовании набора эталонных напряжений или токов с «весами», соответствующими разрядам преобразуемых кодовых групп. На­ пряжения или токи, соответствующие, например, каждому из им­ пульсов семиразрядной кодовой группы 1111111, показаны на рис. 5.7. Здесь «веса» посылок убывают от начала кодовой группы к ее концу. При декодировании кодовой группы, состоящей из комби­ нации «единиц» и «нулей», производится сложение эталонов тех разрядов, импульсным позициям которых соответствуют «едини­ цы»; эталонные величины разрядов, в которых содержатся «ну­ ли», в суммировании не участвуют.

95

Декодер состоит из регистра кода (регистра сдвига), осущест­ вляющего преобразование последовательного кода в параллель­ ный, источника эталонов, формирующего токи или напряжения

m — 1

состоящем, например, из цепочки триггеров. В зависимости от со­ стояния триггеров регистра в момент считывания оказываются замкнутыми ключи тех разрядов, в которых записаны «единицы», а ключи Ко-*-^Кт к в -і остальных разрядов разомкнуты. Эталонные токи (напряжения) разрядов кодовой группы, в которых содер­ жатся «единицы», проходят на сумматор. Амплитуда выходного импульса сумматора, таким образом, определяется двоичным чи­ слом, отображенным в декодируемой кодовой комбинации.

После установления суммарного сигнала и осуществления счи­ тывания с логики поступает сигнал сброса, под воздействием ко­ торого регистр сдвига устанавливается в исходное положение и начинается запись следующей кодовой группы.

В описанном декодирующем устройстве в момент считывания все посылки кодовой группы воздействуют на ключи одновремен­ но; иными словами, суммирование эталонных сигналов осущест­ вляется параллельно по всем элементам кодовой группы. Можно суммировать эталоны и последовательно, по мере поступления каждой из кодовых посылок (декодеры взвешивающего типа по­ следовательного действия).

Рассмотренные выше кодеры и декодеры являются аналогоцифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями с равномер­ ным квантованием. Их также называют линейными кодерами и

Равномерное квантование в системах ВД-ИКМ, как правило, не применяется, (см. гл. 4). Неравномерное квантование позволяет лучше использовать пропускную способность линейного тракта (снизить скорость передачи при заданном числе каналов или уве­

неравномерного квантования: аналоговое компандирование, циф­ ровое компандирование, нелинейное кодирование.

В первом случае используется линейный кодек и аналоговые функциональные преобразователи, деформирующие квантующую характеристику: компрессор, включенный перед кодером, и экс­ пандер, включенный после декодера [5]. При црифровом компандироівании [6—8] кодек также линейный, но деформация квантую­ щей характеристики - осуществляется в цифровой части тракта с помощью цифрового функционального преобразователя, включен-

96

сии в системах ВД-ИКМ наибольшее распространение получили различные модификации логарифмических зависимостей и их ли­ нейно-ломаные (сегментные) аппроксимации.

К настоящему времени наибольшее распространение в серий­ но выпускаемой аппаратуре уплотнения типа ВД-ИКМ получил

го компандирования стало заметным стремление заменить плавную кривую компрессии сегментными характеристиками. При этом МККТТ рекомендует два вида сегментных законов: А-87,6/13 и }х-255/15, т.е. А-закон с параметром А-87,6 и 13 сегментами, и и- закон с параметром р, = 255 и 15 сегментами.

При линейно-ломаной характеристике компрессии изменение ее крутизны (иными словами, величины шага квантования), в от­ личие от плавного закона, происходит дискретно. На рис. 5.8 по-

70}

обще говоря, шаг квантования может изменяться в произвольное число раз. Однако, наиболее просто реализовать схему кодека при

98

условии, что величина шага квантования изменяется в Ь с ч раз. По­ этому ів кодеках систем ВД-ИКМ, осуществляющих двоичное ко­ дирование, величина шага квантования в пределах сегмента оста­ ется постоянной, а по мере удаления от начала координат кван­ тующей характеристики шаги квантования увеличиваются вдвое при переходе из каждого сегмента в соседний. Число шагов кван­ тования в пределах каждого сегмента, как правило, одинаково.

Рассмотрим несколько типичных структурных схем нелинейных кодеров. На рис. 5.9 показана структурная схема кодера последо­

логического устройства. В момент равенства сравниваемых напря­ жений срабатывает пороговое устройство (устройство сравнения,

При другом способе построения нелинейного кодера такого ти­ па (рис. 5.10) величина отсчета сигнала также преобразуется во временной интервал (импульс ШИМ) . Для преобразования ис­ пользуется линейно изменяющееся напряжение, с которым срав­ нивается кодируемый сигнал. Сжатие динамического диапазона сигналов осуществляется заполнением ШИМ сигнала квантующи­ ми импульсами переменной частоты, поступающими на логический элемент И либо непосредственно, либо через управляемый дели­ тель частоты. Коэффициент деления последнего изменяется в зави­ симости от состояния двоичного счетчика при помощи логического устройства в соответствии с законом компрессии.