12. Амплитудно-импульсная модуляция (аим)

Амплитудно-импульсная модуляция (PAM) — это форма модуляции сигнала, при которой информация сообщения кодируется в амплитуде серии сигнальных импульсов. Это аналоговая схема импульсной модуляции, в которой амплитуды последовательности несущих импульсов изменяются в зависимости от выборочного значения сигнала сообщения.

13. Структурная схема мсп с врк

14. Этапы формирования цифрового сигнала

1. Кодирование источника (форматирование)

Буквенно-цифровые символы текста представляют двоичными кодовыми комбинациями по международным стандартам (ASCII, EBCDIC, ZIP и т.д.)

Аналоговый сигнал подвергают компрессии, дискретизации по времени и аналого-цифровому преобразованию с квантованием по уровню.

Компрессия – неравномерное квантование по уровню для уменьшения влияния «шума квантования».

Дискретизация – представление сигнала отдельными «выборками», отсчетами

Кодер источника выдает сообщение в виде последовательности двоичных знаков

Сжатие данных (этап кодирования источника):

сокращение числа двоичных знаков в тексте сообщения без потери информации.

2. Кодирование канала:

«избыточное» помехоустойчивое кодирование, позволяющее обнаружить и исправить ошибку в принятом сообщении

Последовательности бит:

после форматирования 10100011010111001……1001

после сжатия 11001011….11 (меньше бит)

после канального кодирования 101100010….1001101 (больше бит)

разделение битовой последовательности на канальные символы:

двоичные 1 0 1 1 0 0 0 1 0….1

двухбитовые

трехбитовые

3. Цифровая модуляция (манипуляция)

Математические модели детерминированного сигнала

Функция времени х(t), описывающая изменение напряжения или тока.

«Изображение» функции х(t) – представление суммой «базовых» функций.

Примеры базовых функций:

– ступенчатая функция σ(t) (функция включения, функция Хевисайда),

– прямоугольные импульсы, в пределе – δ-функция (функция Дирака).

– гармонические сигналы.

Сумма гармоник 1, 3, 5, τ/T=0,5

Сумма гармоник 1, 3, 5, 7, τ/T=0,5

Сумма гармоник 1, 2, 3, 5, 6, 7, τ/T=0,25

Сумма гармоник 1, 3, τ/T=0,5

П ример представления прямоугольных импульсов суммой гармоник

Применяются и другие базовые функции: Уолша, Чебышева, Лежандра, Котельникова, Хаара-Радимахера.

Непериодические сигналы иногда удобно представлять суммой кратковременных «волновых» сигналов (вейвлет - преобразование).

15. Равномерное и неравномерное квантование сигнала по уровню

Любая аппаратура обработки сообщений и систем передачи имеет конечную разрешающую способность. Это связано с ошибками, возникающими при обработке сигналов, и с наличием шумов в аппаратуре и каналах связи. При передаче телефонных сигналов ограничиваются динамическим диапазоном в 40 дБ. Дальнейшее увеличение разрешающей способности устройств обработки и передачи сигналов связанно со значительным усложнением аппаратуры. В связи с эти нет необходимости передавать бесконечное множество значений исходного сигнала, его можно ограничить конечным множеством «разрешенных» значений. Эти значения называются - уровнями квантования, выбор их количества определяет качество передачи сигнала. Процесс преобразования импульсов АИМ сигнала в кодовые последовательности называется - квантованием по уровню, и является вторым этапом формирования ИКМ сигнала. Этот процесс аналогичен процедуре округления чисел. Разность между двумя соседними разрешенными значениями называется - шагом квантования ∆. Если амплитуда отсчета сигнала в пределах двух соседних разрешенных значений превышает половину шага квантования, то её значение увеличивается в большую сторону, если меньше половины - то в меньшую сторону. Разность между истинным значением отсчета сигнала и его квантованным значением называется ошибкой квантования или шумом квантования. Если кодовая группа содержит т разрядов, то с ее помощью можно закодировать 2 в степени т уровней. Для двухполярного сигнала один разряд используется для определения полярности. Квантование называется равномерным, если шаг квантования остается постоянным. Средняя мощность шумов квантования при равномерном шаге: Р ш.кв. =∆²/12, значит, чем меньше шаг квантования, тем меньше шумы квантования. При равномерном квантовании относительная ошибка квантования зависит от величины отсчета входного сигнала. на рис. для первого отсчета сигнала максимальная ошибка составляет 1/8, а для второго 1/2 уровня исходного сигнала. недостатком равномерного квантования является то, что относительное значение ошибки квантования растет с уменьшением уровня сигнала. Для выравнивания относительной ошибки квантования при изменении средней мощности сигнала на входе кодера и уменьшения числа шагов квантования применяют неравномерное квантование. При неравномерном квантовании шаг квантования возрастает с увеличением уровня сигнала рис.3

Абсолютная ошибка квантования возрастает с увеличением уровня сигнала, а ее относительное значение не изменяется. Использование неравномерного квантования позволяет выровнять отношение сигнал-ошибка во всем диапазоне мощностей входного сигнала, а также сократить число шагов квантования в 2-4 раза по сравнению с равномерным квантованием. Неравномерная (нелинейная) амплитудная характеристика квантующего устройства может быть реализована несколькими способами: 1) сжатием динамического диапазона перед кодированием с помощью компрессоров и последующим расширением с помощью экспандеров (в настоящее время не применяется). 2) Цифровым компандированием (мало применяется). 3) Нелинейным кодированием и декодированием. В системах ИКМ применяется вместо плавной амплитудной хар-ки - сегментная хар-­ка, представляющая собой кусочно-ломанную аппроксимацию плавной хар-ки. Наибольшее распространение получила сегментная хар-ка компандирования типа А­87,6/13(так называемый А-закон), где 87,6 -коэффициент компрессии, 13-число сегментов, из которых строится хар-ка. Аналогично выглядит хар-ка для отрицательных значений входного сигнала.