CSTM / METOD / new / lab3

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

Дослідження імітаційної моделі імпульсно-кодового модулятора з А - законом компандування

МЕТА РОБОТИ

Мета роботи: вивчення принципів дії й характеристик кодека, аналіз характеристик імітаційного моделювання.

Домашнє завдання: вивчіть принцип дії й схему включення кодера й декодера ІКМ із А – законом компандування, їх основні характеристики.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Компандування за законом А. Під характеристикою із законом А розуміється характеристика, рекомендована МККТТ (Закон компандування з  = 255 також прийнятий МККТТ у рекомендації G.711). Ця характеристика має ті ж основні властивості й ті ж переваги в реалізації, що й характеристика із законом (Зокрема, характеристика із законом А також може бути добре апроксимована відрізками прямих ліній, щоб забезпечити можливість безпосереднього або цифрового компандування й легкість перетворення до лінійного формату, і назад. Нормалізована характеристика компресування із законом А визначається як

(3.10)

Інверсна характеристика, або характеристика експандування, визначається як

(3.11)

де y = FA(x).

Відзначимо, що перша ділянка характеристики із законом А лінійна за визначенням. Частина, що залишилася, характеристики (1/А < х < 1) може бути досить точно апроксимована лінійними сегментами аналогічно апроксимації закону μ. У підсумку є вісім сегментів для позитивного й вісім - для негативного сигналу. Два перших сегменти для кожної з полярностей (усього чотири) утворять одну пряму лінію й розглядаються іноді як один сегмент. Внаслідок цього сегментну апроксимацію характеристики із законом А іноді називають 13-сегментною апроксимацією. Однак для полегшення опису алгоритмів кодування при сегментній характеристиці компандування використовується 16-сегментне представлення - точно таке ж, як і у випадку сегментної характеристики із законом μ.

У табл. 3.2 зазначені кінцеві точки сегментів, кроки квантування й відповідні коди для восьмиразрядної сегментної характеристики із законом А. Для цілочисельного представлення ці величини дані виходячи з максимальної амплітуди сигналу, рівної 4096 умовним одиницям. На мал. 3.20 представлена теоретична характеристика апроксимації закону А, де вона протиставляється з характеристикою апроксимації за законом μ, представленої на мал. 3.19. Відзначимо, що характеристика із законом А дає трохи більший динамічний діапазон. Однак характеристика із законом А поступається характеристиці із законом μ по якості передачі слабких сигналів (шумів незавантаженого каналу). Різниця в показниках передачі для слабких сигналів обумовлена тим, що розмір мінімального кроку при законі А дорівнює 2/4096, а при законі μ - 2/8159. Відзначимо, що до того ж при апроксимації закону А вихідний сигнал для нульового вхідного сигналу в першому кроці квантування має невизначену величину (тобто використовується квантувач із робочою точкою, встановленою на границі кроків квантування). Однак при швидкості передачі 64 кбіт/с різниця між таким положенням робочої крапки й установкою її посередині кроку квантування невідчутна.

Таблиця 3.2 – Таблиця кодування (декод-ня) для сегментної характеристики із законом А

Діапазон вхідних амплітуд	Розмір кроку	Код сегмента	Код кроку квантування	Номер кодової комбінації	Амплітуда на виході декодера
0 - 2 2 - 4 . . . 30 - 32 32 - 34 . . . 62 - 64	2	000 001	0000 0001 . . . 1111 0000 . . . 1111	0 1 . . . 15 16 . . . 31	1 3 . . . 31 33 . . . 63
64 - 68 . . . 124 - 128	4	010	0000 . . . 1111	32 . . . 47	66 . . . 126
128 - 136 . . . 248 - 256	8	011	0000 . . . 1111	48 . . . 63	132 . . . 252
256 - 272 . . . 496 - 512	16	100	0000 . . . 1111	64 . . . 79	264 . . . 504
512 - 544 . . . 992 - 1024	32	101	0000 . . . 1111	80 . . . 95	528 . . . 1008
1024 - 1088 . . . 1984 - 2048	64	110	0000 . . . 1111	96 . . . 111	1056 . . . 2016
2048 - 2176 . . . 3968 - 4096	128	111	0000 . . . 1111	112 . . . 127	2112 . . . 4032

ОПИС МОДЕЛІ

Модель призначена для дослідження характеристик кодування сигналів за допомогою ІКМ із А - законом компандування. Модель містить програмні модулі:

• НЧ генератора;

• кодеку;

• таблиці, у яку виводяться значення компандованого й некомпандованого сигналу.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ

1. Завантажте модель в MathConnex 7.0.

2. Встановіть значення амплітуди сигналу генератора рівним номеру вашого робочого місця. Запустіть модель на виконання.

3. Запишіть значення компандованого й некомпандованого сигналу (напротязі одного періоду).

4. Визначте точки перегину функції компандування, виходячи з імітаційної моделі та таблиці кодування (декод-ня) для сегментної характеристики із законом А.

5. Порівняйте результати роботи імітаційної моделі із теоретичними даними, позначте точки перегину функції компандування для свого варіанту.

6. Вийдіть із програми MathConnex 7.0. Оформіть звіт, продемонструйте результат викладачеві.

ЗМІСТ ЗВІТУ

1. Тема та мета роботи

2. Варіант (номер робочого місця)

3. Опис імітаційної моделі, алгоритм роботи.

4. Таблиця зі значеннями компандованого та некомпандованого сигналу на протязі одного періоду сигналу за варіантом.

5. Точки перегину функції компандування

6. Відповіді на контрольні питання

7. Висновки

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Розкажіть принцип дії ІКМ-кодеків із А-законом компандування.

2. Опишіть алгоритм роботи кодеку імітаційної моделі.

3. Розкажіть відмінності ІКМ-кодеків з різними законами компандування.

4. Наведіть графік роботи кодека із А законом компандування і поясніть його.

5. Наведіть область застосування А-закону компандування

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Конспект лекцій.

2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники в 2-х томах -М.: Мир, 1986.

3. Белами Дж. Цифровая телефония: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1986.