Нерівномірне квантування

Графічно це можна зобразити так.

Характеристика нерівномірного пристрою квантування

Характеристика стискування

Характеристика рівномірного пристрою квантування

Найчастіше нерівномірне квантування реалізується слідуючим чином :

1. Спочатку висхідний сигнал деформується за допомогою пристрою, що має логарифмічну характеристику стискування.

2. Потім використовується пристрій квантування з рівномірним кроком.

Після прийому сигнал пропускається через пристрій з характеристикою звортньою. Цей процес називається розширенням. Стискування і розширення називається компандуванням.

Характеристики компандування.

Більшість сучасних систем використовують кусочно – лінійну апроксимацію функції логарифмічного стискування. В США µ-рівнева характеристика пристрою стискування описується таким виразом

µ - додатня константа

х і у – напруги на вході і виході

В США стандартним є значення для µ = 255

На графіку це зображено слідуючим чином

Лекція №7

1.Представлення двійкових цифр у формі сигналів

За допомогою ІКМ аналогові сигнали перетворюються в двійкові цифри. В результаті цього не отримується нічого «фізичного» тільки цифри. А цифри це абстракція. Відповідно нам необхідно мати щось фізичне, яке буде носієм цифр.

Щоб передати двійкові цифри по низькочастотному каналу будемо виражати їх електричними імпульсами.

Наприклад:

Інтервал 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0

першого Т

біта

Інтервал першого

кодового слова

Z

Т

+V

0

Z

- V

4T 8T 12T

Тут показані розділені в часі інтервали передачі кодових слів.

Кожне кодове слово являється 4-бітовим представленням квантової вибірки. Кожна двійкова одиниця виражається імпульсом, а кожний двійковий нуль — відсутністю імпульса. Таким чином послідовність електричних імпульсів може використовуватися для передачі інформації двійкового потоку ІКМ. Завдання приймача — визначити в кожний момент прийому біту чи є імпульс в каналі передачі. Ймовірність точного визначення імпульсу є функцією енергії прийнятого імпульсу (площі під графіком імпульсу).Відповідно ширину імпульсу вигідно робити як можна більшою. Замість того, щоб описувати цей сигнал як послідовність імпульсів і їх відсутність ми можемо описати його як послідовність переходів між двома ненульовими рівнями. Якщо сигнал знаходиться на верхньому рівні напруги, то він виражає двійкову одиницю, якщо на нижньому — двійковий нуль.

2.Типи сигналів ІКМ

Існує декілька типів ІКМ сигналів. В телефонному зв’язку ці сигнали називаються кодами каналу.

Сигнали ІКМ діляться на чотири групи :

1. Без повернення до нуля (nonreturn-to zero—NRZ).

2. З поверненням до нуля (return-to-zero—(RZ).

3. Фазове кодування.

4. Багаторівневе бінарне кодування.

Найчастіше використовуються сигнали ІКМ в кодуваннях NRZ. Ця група кодування NRZ включає в себе наступні підгрупи :

NRZ-L(L=level-рівень), NRZ-M (M=mark-мітка) і NRZ-S(S=space-пауза).

NRZ-L широко використовується в цифрових логічних схемах. На наступному малюнку покажемо NRZ кодування

1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1

+V

NRZ-L

-V

+V

NRZ-M

-V

+V

NRZ-S

-V

При використанні кодування NRZ-M двійкова одиниця, або мітка виражається зміною рівня, а нуль, або пауза (space) – відсутністю зміни рівня. Таке кодування часто називається диференціальним. Застосовується кодування NRZ-M переважно при записі на магнітну стрічку.

Кодування NRZ-S являється зворотнім до кодування NRZ-M. Тут двійкова одиниця виражається відсутністю зміни рівня, а двійковий нуль — зміною рівня.

Розглянемо тепер групу кодувань RZ. Сюди входить уніполярне кодування RZ, біполярне кодування RZ і кодування RZ-AMI.

1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1

+V

Уніполярне

RZ 0

+V

Біполярне

RZ 0

- V

+V

RZ-AMI 0

- V

Ці коди застосовуються при низькочастотній передачі даних і магнітному записуванні. При уніполярному кодуванні RZ одиниця виражається наявністю імпульсу, тривалість якого складає половину біту, а нуль – його відсутністю.

При біполярному кодуванні RZ одиниці і нулі виражаються імпульсами протилежних рівнів і тривалості половини ширини біту. Тут як бачимо у кожному інтервалі передачі біту присутній імпульс.

Кодування RZ-AMI (AMI=alternate mark inversion- з по черговістю інверсії) являється методом передачі імпульсів рівних амплітуд з по черговістю полярності для одиниці. Нулі- це відсутність імпульсів. Таке кодування використовується в телефонних системах.

Переходимо до наступного методу. Група фазового кодування включає наступні кодування :

bi--L (bi-phase-level-двохфазний рівень), більш відомий як Манчестерський код;

bi--M (bi-phase-mark); bi--S(bi-phase-space) і модуляція затримки (delay modulation-DM), або код Міллера. Ці схеми фазових кодувань використовуються при магнітному записуванні, оптичному зв’язку і супутникових телеметричних каналах передачі даних.

1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1

+V

Bi--L

- V

+ V

Bi--M

- V

+V

Bi--S

- V

+V

DM

- V

При кодуванні bi--L одиниця виражається імпульсом тривалістю половині ширини біту, розміщеному в першій половині інтервалу передачі біту. Нуль- таким же імпульсом, але розміщеному в другій половині інтервалу передачі біту.

При кодуванні bi--M на початку кожного інтервалу передачі біту проходить перехід. Одиниця виражається другим переходом в середині інтервалу, нуль- єдиним переходом на початку інтервалу передачі біту.

В кодуванні bi--S на початку кожного інтервалу теж проходить перехід. Одиниця виражається єдиним переходом, а для нуля необхідний другий перехід в середині інтервалу.

При DM (модуляція затримки) одиниця виражається переходом в середині інтервалу передачі біту, а нуль- відсутністю інших переходів, якщо за ним не слідує другий нуль. В останньому випадку перехід розміщується в кінець інтервалу передачі першого нуля.

Виникає запитання навіщо так багато різних сигналів для ІКМ. Причина такої різноманітності у відмінності продуктивності, яка характеризує кожне кодування. Який розмір слова потрібний для ІКМ. Для цифрових телефонних каналів кожна вибірка кодується з використанням 8 біт, що дає 2або 256 рівнів на вибірку.

Лекція №8

Низькочастотна демодуляція і детектування

При низькочастотній передачі сигнали, що приймаються вже мають форму імпульсів. Виникає запитання навіщо для відновлення імпульсних сигналів потрібен демодулятор?

Відповідь зв`язана з тим, що форма імпульсів, які приймаються відрізняється від ідеальної, тобто коли тривалість кожного імпульсу точно рівна тривалості одного символу.

Процес передачі приводить до того, що прийнята послідовність імпульсів спотворюється міжсимвольною інтерференцією і появляється в виді аморфного змазаного сигналу не готового до дискретизації і детектування.

Завданням демодулятора( приймаючого фільтру), являється відновлення висхідного імпульсу з максимально можливим відношенням сигнал/шум без міжсимвольної інтерференції.