Лабораторная работа № 7

Изучение преобразования сигналов в системе связи с ИКМ

(характеристика преобразования декодера)

Введение

Для передачи аналоговых сигналов по цифровым телекоммуникационным системам необходимо обеспечивать их преобразование в цифровую форму и обратно. Эту операцию выполняют устройства, называемые кофидеками (кодер-фильтр-декодер) или кодеками (кодер-декодер). Во втором случае фильтр рассматривается как отдельное устройство.

Первичный аналоговый сигнал подвергается преобразованию в цифровую форму с помощью трех операций: дискретизации во времени, квантования по амплитуде и кодирования. Эти операции называются типичным аналого-цифровым преобразованием (АЦП). На приемном конце для воспроизведения первичных сигналов производится обратное цифро-аналоговое преобразование (ЦАП).

Декодирование

При декодировании ИКМ сигнала осуществляется обратное преобразование кода в АИМ сигнал. Для этого последовательный код преобразуется в параллельный и поступает в цифроаналоговый преобразователь. При этом сигналы, соответствующие единицам кодовой последовательности суммируются (каждый со своим весом) и на выходе возникает импульс с амплитудой u_КВ, соответствующей принятому коду. Весовые коэффициенты при декодировании такие же, как и при кодировании. Исходный аналоговый сигнал u_ВЫХ выделяется из АИМ сигнала с помощью фильтра низких частот.

Можно показать, что амплитудно-частотная характеристика цифро-аналогового преобразователя определяется формулой

_ЦАП = (1)

где - длительность импульсов АИМ сигнала; - период дискретизации.

Как правило в декодерах для увеличения коэффициента передачи используют широкие импульсы = (случайные функции). Однако при этом частотная характеристика становиться неравномерной; коэффициент передачи с частотой уменьшается в соответствии с (1). Для компенсации этих искажений частотную характеристику приемного ФНЧ корректируют (- коррекция), увеличивая коэффициент передачи в верхней части спектра сигнала.

Фильтрация

Для фильтрации в кофидеках используются цифровые фильтры 5-6 порядка, обеспечивающие резкие границы полос пропускания и эффективно реализуемые средствами микроэлектроники (как правило, на коммутируемых конденсаторах). Кроме того, для устранения полос пропускания цифровых фильтров на высших частотах дополнительно используют активные RC фильтры.

В заключение отметим, что помимо рассмотренного выше классического ИКМ кофидека в цифровой телефонии используются кофидеки с дельта модуляцией (ДМ), дифференциальной ИКМ (ДИКМ), в основном адаптивные (АДМ и АДИКМ), с дельта - сигма модуляцией и др., позволяющие в два раза снизить требуемую скорость цифровых потоков (32 кбит/с). Еще более эффективные кофидеки со скоростями 12 и даже 6 кбит/с используются в системах сотовой и космической связи.

На рис. 1 показана передаточная характеристика ЦАП.

-U_вых/2

-U_вых

+U_вых

+U_вых/2

Рис. 1. Передаточная характеристика ЦАП (А - закон)

Порядок выполнения работы

1.1 С помощью гибкой перемычки подать контрольный сигнал на вход передающего фильтра (КТ1).

1.2 К контрольной точке КТ1^I подключить вход первого канала осциллографа, засинхронизировать сигнал и установить развертку таким образом, чтобы на экране наблюдался один период контрольного сигнала.

1.3 Установить амплитуду контрольного сигнала на входе передающего фильтра Uвх.=50 мВ.

1.4 Переключить первый канал осциллографа к выходу передающего фильтра (КТ3). Замерить амплитуду контрольного сигнала на выходе передающего фильтра (Uвых.) при всех трех положениях переключателя П1. Полученные результаты записать в таблице 1.

Таблица 1

Амплитуда сигнала на входе передающего фильтра	Положение переключателя П1	Амплитуда сигнала на выходе передающего фильтра Uвых. (В)
	левое
Uвх.= 50 мВ	среднее
	правое

1.5 Переключатель П2 поставить в верхнее положение. При этом положении переключателя контрольный сигнал с выхода передающего фильтра подключается на вход кодера.

1.6 Переключатель П4 поставить в верхнее положение. При этом цифровой выход кодера подключается ко входу декодера.

1.7 Подключить второй канал осциллографа к выходу декодера (КТ7). Переключатель П3 поставить в верхнее положение. Расположить изображение сигнала первого канала в верхней части экрана осциллографа, а изображение второго канала - в нижней части экрана. Развертку осциллографа выбрать такой, чтобы на экране укладывался один период контрольного сигнала. Зарисовать осциллограммы сигналов первого и второго каналов, соблюдая временные соотношения.

1.8 Переключить вход второго канала осциллографа к контрольной точке КТ13. Зарисовать импульсы Fsх, расположив их под рисунком осциллограмм

1.9 Переключить вход второго канала осциллографа к выходу приемного фильтра (КТ2). Зарисовать осциллограмму сигнала на выходе приемного фильтра.

2. Снятие характеристики преобразования декодера

2.1 Установить переключатели П3 и П4 в нижнее положение. Подключить цифровой вольтметр к контрольной точке КТ9.

2.2 С помощь кнопочных переключателей установки входного кода установить последовательно коды начала сегментов, фиксируя напряжения, соответствующие этим кодам на выходе декодера (КТ9).

Замеренные значения напряжений занести в таблицу 1.

Таблица 1

Входной код декодера	Напряжение на выходе декодера	Шаг внутри сегмента
10101010
10100101
10110101
10000101
10010101
11100101
11110101
11000101
(1/0)1010101
01000101
01110101
01100101
00010101
00000101
00110101
00100101
00101010

2.3 Рассчитать шаг внутри сегментов аналогично п.2.5 лабораторной работы №6. Расчетные данные занести в таблицу 3.

2.4 Построить передаточную характеристику по результатам, полученным в процессе измерений.

Контрольные вопросы

1. Изменится ли форма выходного сигнала, если будет ошибка в самом младшем разряде, в самом старшем разряде, в среднем разряде?

2. Поясните процедуру декодирования при А- законе компандирования.

3. Зависит ли помехозащищенность от величины "" и "А"?

4. Какой метод (методы) получения нелинейной шкалы квантования находит практическое применение и почему?

5. Влияет ли ФНЧ, включенный на выходе цифровой системы передачи на выходной сигнал?

6. Для чего на входе канала ЦСП включают ФНЧ?

Литература

1. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов/ В.И. Иванов, В.Н. Гордиенко, Г.Н. Попова и др.; Под ред. В.И. Иванова. – 2-е изд. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003. – 232 с. (1995 г. – первое издание)

2. Гитлиц М.В., Лев А.Ю. Теоретические основы многоканальной связи: Учеб. Пособие для вузов связи. – М.: Радио и связь, 1985. – 248 с.