4.3.2. Декодування цифрових сигналів

При зворотному перетворенні сигналів, одержаних ІКМ-модуляцією, використовуються регістрові перетворювачі послідовного коду в паралельний. На другому етапі кожному біту паралельного коду ставиться у відповідність певне значення відтвореної функції. Для цього застосовують ЦАП. Найбільш поширеними є схеми сумування струмів, в яких кожна позиція двійкового коду має своє зважене значення. Таким чином в суматорі залишаються додані відповідні вагові еквіваленти значущих одиниць одержаного двійкового коду.

Тема 5. Перетворення інформації в цифрових спд

При передачі інформації через цифрові канали зв’язку, на першому етапі обробки, необхідно узгодити параметри сигналів з параметрами цифрових вузлів. Для цього використовують 2 види перетворення: форматування, яке передбачає перетворення вхідної інформації в набір цифрових символів та кодування, яке дозволяє забезпечити стиснення інформації для зменшення необхідного спектру в каналах зв’язку. На наступному етапі використовують методи ІКМ для перетворення фізичних сигналів (потенціалів, інтенсивності світлового променя чи амплітуди, або фази електромагнітної хвилі), які поставлені у відповідність до одержаного цифрового коду.

§5.1 Форматування даних

Повному циклу форматування як на стороні джерела, так і на стороні приймача піддаються аналогові інформаційні сигнали. При цьому вони проходять такі етапи: дискретизація по часу, квантування за рівнем і кодування. У випадку текстової інформації етапи дискретизації та квантування можна опустити, оскільки текстове представлення передбачає використання відомих стандартних кодів (ASCII в 6, 7, 8 – бітному представленні; розширеного бінарного коду в біценальному вигляді; EBCDIC; код Бодо).

Цифрове значення одиниці текстової інформації однозначно визначається в залежності від вибраного коду, наприклад, літера А в 7-бітному ASCII-коді записується як 10000001; в EBCDIC – 11000001. Інформація з джерела, представлена у цифровому вигляді, форматуванню не підлягає, а відразу подається на імпульсно–кодовий модулятор (ІКМ).

Схема тракту цифрового каналу зв’язку в загальному випадку включає: вузол форматування, ІКМ, передаючу та приймальну частини, а також демодулятор та вузол форматування на приймальній стороні.

Вибір методу кодування також безпосередньо впливає на значення сигналів цифрової послідовності. Оскільки саме імпульсні сигнали визначають методи ІКМ. Наприклад текстове повідомлення «THINK»:

Точність відтворення аналогового сигналу визначається теоремою Котельникова і залежить від частоти дискретизації аналогового повідомлення. Крім відомих методів АІМ за огинаючою інформаційного сигналу та за амплітудним відліком в момент дискретизації використовується також метод вибірки-збезігання. Суть цього методу полягає у фіксації квантованого значення амплітуди інформаційного сигналу в момент дискретизації. Таким чином цифровапослідовність наближено нагадує огинаючу аналогового повідомлення.

§5.2 Різновидності сигналів ікм

Для передачі цифрового символу по лінії зв’язку, йому у відповідність ставиться певне значення імпульсу реальної величини. Сигнал, одержаний в наслідок модуляції двійкових цифрових символів називається сигналом з ІКМ. В телефонних мережах такі сигнали називають ще канальними або лінійними кодами. При імпульсній модуляції недвійкових цифрових символів говорять про М-арні ІМ–сигнали.

ІКМ сигнали поділяються на 4 групи: сигнали без повернення в 0 (БПН); сигнали з поверненням в 0; сигнали з фазовим кодуванням; багаторівневе бінарне кодування. Імпульсне кодування кожного виду сигналів додатково визначається стандартними та модифікованими сигналами вказаних типів. Ці особливості відображають потенціальні діаграми.

До І групи відносяться 3 типи сигналів. NRZL-сигнал характеризується тим, що зміна сигналу відбувається при переході імпульсів від 0 до 1. В сигналах типу NRZM двійкова одиниця представляється зміною рівня, а двійковий нуль є стабільним. ІІІ тип сигналів цієї групи – NRZS кодується протилежно до типу NRZM, тобто кожному інформаційному нулю відповідає зміна сигналу на протилежний, а надходження одиниці не міняє сигнал. Такий тип кодування називається диференційним. Сигнали з поверненням в нуль можуть кодуватися з допомогою уніполярних та біполярних імпульсів. Вони найчастіше використовуються при низькочастотній передачі інформації. Їх особливістю є те, що кожен інформаційний біт відображається імпульсом половинної тривалості, який обов’язково завершується нульовим значенням потенціалу посередині тактового імпульсу. Кодування RZ-AMI використовується в телефонних лініях зв’язку. Його особливістю є зміна полярності двох сусідніх імпульсів. Це дозволяє підвищити частоту несучого коливання і звузити його спектр.

До групи фазо-кодованих сигналів відносяться найбільш розповсюджені коди: Bi-φ-L, відомий як манчестерський код, та DM-код, який називається кодом Міллера. Такі методи модуляції частіше застосовують для запису інформації на магнітні носії, а також в оптичних СПД. Особливістю модуляції з затримкою (DM) є представлення одиниці переходу в середині тактового інтервалу, тоді як нуль характеризується відсутністю переходу, якщо за ним слідує також нульовий біт. Таким чином кодування одиниці забезпечується імпульсом на початку тактового інтервалу, нуля – в кінці.

Більше можливостей для кодування інформації забезпечують трьохрівневі коди, так звані декодні NRZ і RZ – системи.

При декодному кодуванні без повернення в нуль, перехід інформації від одиниці до нуля і навпаки приводить до зміни полярності імпульсів. Нульові біти передаються нульовим значенням сигналу. Вибір методу ІКМ обгрунтовується з врахуванням наступних параметрів.

1. Наявність постійної складової сигналу. Цей показник особливо важливий для систем з трансформаторною розв’язкою каналів, що використовуються в телефонії. Тільки видалення постійної складової дозволяє забезпечити роботу системи на змінному сигналі.

2. Автосинхронізація. В цифрових системах є обов’язковою наявність синхронізуючих біт у цифровому потоці. Так, манчестерський код, який включає переходи в середині тактового інтервалу, як при передачі нуля, так і одиниці, є автосинхронізованим.

3. Виявлення помилок. До таких кодів відносяться бінарні коди, а також більш ускладнені (Міллера та інші).

4. Стискування смуги інформаційного сигналу. Такими властивостями володіють багаторівневі коди (RZ-АМІ, біполярний RZ, декодні методи модуляції).

5. Диференційне кодування. Використовується в системах, в яких можливе інвертування цифрового потоку в каналах зв’язку.

6. Завадостійкість. Характеризується ймовірністю появи помилки в цифровій послідовності при певному співвідношенні сигнал-шум.

Більшою завадостійкістю характеризуються коди без повернення в нуль.

Важливим показником доцільності застосування певного типу ІКМ є спектральна густина використовуваного коду. Порівняльну характеристику різних типів кодів за цим показником можна відобразити наступною графічною залежністю в нормованих координатах:

Важливим показником в ІКМ системах є число біт, що використовується для кодування кадру та окремого символу. Для цифрових телефонних систем використовуються восьмирозрядні дані, які забезпечують 256 квантових рівнів сигналу. В загальному випадку розрядність квантування визначається заданим значенням достовірності відтворення інформаційного сигналу. Якщо величина похибки в наслідок квантування |e| визначається як певна частина р (доля розмаху сигналу), то , деV_pp – подвоєна амплітуда сигналу, (розмах).

Якщо інтервал квантування має значення q, то максимальне значення похибки буде визначатись: L – число рівнів квантування.

Таким чином можна записати: .

Окрім звичайних дворівневих систем кодування в ІКМ використовують так звані М-вимірні, або М-арні системи, в яких рівень амплітуди інформаційного сигналу може приймати кілька дискретних значень. При М-арній амплітудно-імпульсній модуляції кожному з М можливих значень присвоюється певний цифровий код. Аналогічно кодуються широтно- та фазо-імпульсні сигнали.