2. Групповой сигнал, его параметры

2.1. Групповой сигнал

В СП с ЧРК разделительным признаком канального сигнала является полоса частот, в которой он расположен. В ЦСП разделительным признаком канального сигнала является отрезок времени, в течение которого передается кодовая группа. Таким образом в этих системах используется разделение по времени. Такие системы называют ИКМ–ВРК (ИКМ–ВД). В групповом сигнале ЦСП с ИКМ–ВД объединяются кодовые группы разных каналов, разделенных по времени, которое осуществляется в процессе дискретизации путем сдвига отсчетных моментов в разных каналах на величину τк. За время τк происходит кодирование отсчета заданного канала, и формируется кодовая группа этого канала, то есть τк – это канальный интервал (КИ). Соответственно на эту величину и растягивается отсчет данного канала при формировании АИМ-2 сигнала рисунок 1.21.

Рисунок 1.21. Формирование группового сигнала.

Рисунок 1.21. Формирование группового сигнала.

При организации N каналов в ЦСП между двумя соседними отсчетами одного канала размещаются N канальных интервалов с m разрядами кодовых групп в каждом интервале. Каждый разряд (1 или 0) передаются на своей тактовой позиции рисунок 1.22. Время, отводимое на передачу одного символа (1 или 0) называют тактовым интервалом (ТИ).

Цикл передачи (Тц) – это минимальный отрезок времени, за который по разу передаются импульсы, выполняющие одинаковую функциональную нагрузку. Очевидно, что:

Рисунок 1.22. Цикл передачи.

Рисунок 1.22. Цикл передачи.

, (1.19)

где tТ –длительность тактового интервала.

Рисунок 1.22 Цикл передачи.Число тактовых интервалов, переданное за единицу времени (1 секунда), есть скорость передачи В (бит/с), которая численно совпадает с тактовой частотой (fm), то есть частотой следования символов кода. . (1.20)

При m=8 и Fд=8 кГц, fm=64N кГц. Таким образом, скорость передачи в одном канале составляет 64 кбит/с. В цикле передачи организуется дополнительные канальные интервалы для передачи служебных сигналов (синхросигнал, СУВ). Цифровой групповой ИКМ – сигнал представляет собой случайную последовательность импульсов и имеет бесконечно широкий спектр частот. Действительно, любой однополярный двоичный сигнал можно представить в виде двух составляющих: регулярной и случайной (рисунок 1.23)

Рисунок 1.23. Разложение однополярного сигнала.

Рисунок 1.23. Разложение однополярного сигнала.

Разложение регулярной составляющей в ряд Фурье дает:

. (1.21)

Таким образом, в составе регулярной составляющей имеется постоянная составляющая и гармоники тактовой частоты. -скважность импульсной последовательности. При при четных n, то есть регулярная составляющая содержит нечетные гармоники тактовой частоты fm. Это, так называемая, дискретная часть спектра двоичного однополярного цифрового сигнала (рисунок 1.24).

Рисунок 1.24. Дискретная часть спектра двоичного однополярного цифрового сигнала.

Рисунок 1.24. Дискретная часть спектра двоичного однополярного цифрового сигнала.

Рисунок 1.25. Спектральная плотность случайной составляющей.

Рисунок 1.25. Спектральная плотность случайной составляющей.

Случайная составляющая имеет сплошной (непрерывный) спектр (рисунок 1.25), причем спектральная плотность этой непрерывной части спектра также изменяется по закону .

Таким образом, спектр двоичного цифрового сигнала (ДЦС) имеет вид (рисунок 1.26):

Рисунок 1.26. Спектр двоичного цифрового сигнала.

Рисунок 1.26. Спектр двоичного цифрового сигнала.

Для передачи двоичного сигнала с допустимыми искажениями необходимо иметь тракт с полосой частот от 0 до 2 fm (первый лепесток). Таким образом, для ЦСП с ИКМ-ВРК нужен значительно более широкий спектр частот тракта по сравнению с аналоговыми системами передачи.

2.2. Структурная схема оконечной станции

Структурная схема оконечной станции первичных СП с ИКМ для одного направления передачи показана на рисунке 1.27.

Исходные сигналы u1(t), u2(t), …,uN(t), от 1,2,…, N абонентов через фильтр нижних частот (ФНЧ) поступают на канальные амплитудно-импульсные модуляторы (М), функцию которых выполняют электронные ключи. С помощью модуляторов осуществляется дискретизация передаваемых сигналов во времени. Сигналы с выходов модуляторов объединяются в групповой АИМ сигнал (Гр. АИМпер). Управляют работой модуляторов канальные импульсные последовательности, поступающие от генераторного оборудования (ГО) передачи. При этом импульсы подаются на модуляторы каналов поочередно (со сдвигом по времени), что и обеспечивает правильное формирование группового АИМ сигнала.

Рисунок 1.27. Структурная схема оконечной станции СП с ИКМ.

Рисунок 1.27. Структурная схема оконечной станции СП с ИКМ.

Длительность каждого импульса в этих последовательностях составляет примерно 125/2N мкс, что определяет длительность одного отсчета АИМ импульса канала, а период следования составляет125 мкс, что соответствует частоте дискретизации fд=8 кГц. Групповой АИМ сигнал поступает на кодирующее устройство – кодер (К), который одновременно осуществляет операции квантования по уровню и кодированию.

Сигналы управления и взаимодействия (СУВ), передаются по телефонным каналам для управления приборами АТС, поступают в передатчик (Пер.) СУВ, где они дискретизируются с помощью импульсных последовательностей, формируемых в ГОпер, и объединяются. В результате формируется групповой сигнал (Гр.) СУВ. В устройстве объединения (УО) кодовые группы каналов с выхода кодера, т.е. групповой ИКМ сигнал, кодированные сигнала СУВ и кодовая группа синхросигнала от передатчика синхросигнала (Пер. СС) объединяются, образуя циклы и сверхциклы. Соответствующими управляющими импульсами от ГОпер в УО обеспечивается правильный порядок следования циклов в сверхцикле и кодовых групп в цикле передачи. Принципы построения временной диаграммы цикла и сверхцикла показаны на рисунке 1.28. Циклы Ц12,…,Цs, каждый длительностью 125 мкс, объединяются в сверхциклы, следующие друг за другом. Каждый цикл состоит из информационных канальных интервалов КИ1, КИ2,…КИN и дополнительных канальных интервалов, необходимых для передачи синхросигнала (СС) цикловой синхронизации, СУВ и других вспомогательных сигналов. На рисунке 1.28 дополнительные КИ выделены соответствующими обозначениями.

Рисунок 1.28. Временные диаграммы цикла и сверхцикла.

Рисунок 1.28. Временные диаграммы цикла и сверхцикла.

Каждый КИ представляет собой m-разрядную кодовую группу, в разрядах Р1, Р2,…,Рm которой передается закодированная информация соответствующего канала , а в дополнительных КИ – кодовые группы СС цикловой синхронизации и СУВ. Обычно за один цикл передаются СУВ одного или двух каналов. Таким образом, для передачи СУВ всех N каналов потребуется соответственно N или N/2 циклов, объединенных в сверхцикл. Такое объединение циклов в сверхцикл необходимо для организации нужного числа каналов передачи СУВ и правильного распределения этих сигналов на приеме. В первом цикле сверхцикла обычно передается СС сверхцикловой синхронизации, а СУВ не передаются. Таким образом, общее число циклов в сверхцикле S на один больше, чем требуется для передачи СУВ всех каналов. Скорость передачи группового ИКМ сигнала определяется тактовой частотой системы: fт=mN0fд, где N0 – общее число канальных интервалов в цикле, включая канальные интервалы для передачи СУВ, СС и других служебных сигналов. Так, для системы передачи ИКМ-30, где используется 8 –разрядный код, цикл содержит 32 канальных интервала, а fд=8 кГц, получим fт=8·32·8=2048 кГц. Необходимая скорость и последовательность работы передающих устройств СП обеспечиваются устройствами ГОпер. Сформированный ИКМ сигнал представляет собой набор однополярных двоичных символов, импульсы которых всегда имеют только одну, например положительную полярность. При передаче по линии такой сигнал подвержен значительным искажениям и затуханию. Поэтому перед передачей в линию однополярный ИКМ сигнал преобразуется в биполярный, удобный для передачи по линейному тракту. Это происходит в преобразователе кода передачи (ПКпер). В процессе передачи по линии ИКМ сигнал периодически восстанавливается (регенерируется) с помощью линейных регенераторов. На приемной станции ИКМ сигнал восстанавливается стационарным регенератором (РС) и поступает в преобразователь кода приема (ПКпр), где биполярный сигнал вновь преобразуется в однополярный. Устройство выделения тактовой частоты (ВТЧ) выделяет из этого сигнала тактовую частоту, которая используется для работы ГОпр. Этим обеспечивается синхронная и синфазная работа ГОпрд и ГОпр, причем правильное декодирование и распределение сигналов по соответствующим телефонным каналам и каналам передачи СУВ, обеспечиваются приемником синхросигналов (Пр. СС). Устройство разделения (УР) разделяет кодовые группы телефонных каналов и каналов СУВ. Приемник групповых сигналов управления и взаимодействия (Пр. СУВ), управляемый импульсными последовательностями, поступающими от ГОпр, распределяет СУВ по своим каналам, а декодер преобразует групповой ИКМ сигнал в групповой АИМ сигнал. Канальные импульсные последовательности, поступающие от ГОпр, поочередно открывают временные селекторы (ВС) каналов, обеспечивая выделение отсчетов каждого из каналов из группового АИМ сигнала. Восстановление исходного (непрерывного) сигнала из последовательности его АИМ отсчетов производится с помощью ФНЧ. Передача сигналов в обратном направлении осуществляется аналогично.

2.3. Линейный кодер взвешивания. Кодер взвешивающего типа

Его алгоритм подобен взвешиванию предмета на весах.

Рисунок 1.29. Структурная схема линейного кодера.

Рисунок 1.29. Структурная схема линейного кодера.

К – компаратор (схема сравнения).

Алгоритм работы компаратора:

ГЭН – генератор эталонных напряжений.

где m – число информационных посылок, если разрядность кода равна 8, то одна посылка используется для кодирования знака отсчета, а информационных будет 7. ЛУ - логическое устройство. Импульсы тактовой частоты ( ) поступают из ГО пер и вызывают появление сигналов «1» на выходах логического устройства. Первый тактовый импульс появляется на нулевом (0) выходе ЛУ. При этом на вход компаратора эталонные напряжения не подключаются (UЭТ=0). Если кодируется положительный отсчет, то в конце такта замыкается ключ Кл+, и подключается на весь этап кодирования генератор положительных эталонных напряжений. В другом случае (UАИМ < 0) замыкается ключ Кл¯, и подключается на весь этап кодирования генератор отрицательных эталонных напряжений. Второй тактовый импульс вызывает появление сигнала «1» на первом (1) выходе ЛУ, и к входу компаратора 2 подключается UЭТ1. Сигнал «1» с выхода компаратора оставит это напряжение подключенным до конца этапа кодирования, а сигнал «0» отключит это эталонное напряжение. Каждый последующий тактовый импульс вызывает появление сигнала «1» на соответствующих выходах ЛУ и подключение соответствующего эталонного напряжения. Сигнал «1» с выхода компаратора оставляет UЭтi подключенным, а сигнал «0» отключает их. В конце восьмого такта из ГО пер поступает сигнал сброса, который устанавливает все устройства в исходные состояния. Рассмотрим пример кодирования. Закодируем отсчет UАИМ=107Δ, где Δ–величина напряжения шага квантования.

№ такта Знак Вх. 0 26 1 25 2 24 3 23 4 22 5 21 6 20 7 сравнение
1 Н 1 0 0 0 0 0 0 0 UАИМ< UЭТ=0
К 1 0 0 0 0 0 0 0 ГЭН+ подключен.
2 Н 1 1 0 0 0 0 0 0 UЭТ1=26=64Δ<107Δ
К 1 1 0 0 0 0 0 0 U3 =1, UЭТ1=64Δ не отключается
3 Н 1 1 1 0 0 0 0 0 UЭТ1+ UЭТ2 =64Δ+32Δ =96Δ <107Δ
К 1 1 1 0 0 0 0 0 U3 =1,UЭТ2=32Δ не отключается
4 Н 1 1 1 1 0 0 0 0 UЭТ1+ UЭТ2+ UЭТ3=112Δ>107Δ
К 1 1 1 0 0 0 0 0 U3 =0,UЭТ3=16Δ отключается
5 Н 1 1 1 0 1 0 0 0 UЭТ1+ UЭТ2+ UЭТ4=104Δ<107Δ
К 1 1 1 0 1 0 0 0 U3 =1,UЭТ4=8Δ не отключается
6 Н 1 1 1 0 1 1 0 0 UЭТ1+ UЭТ2+ UЭТ4+ UЭТ5=108Δ>107Δ
К 1 1 1 0 1 0 0 0 U3 =0,UЭТ5=4Δ отключается
7 Н 1 1 1 0 1 0 1 0 UЭТ1+ UЭТ2+ UЭТ4+ UЭТ6=106Δ<107Δ
К 1 1 1 0 1 0 1 0 U3 =1,UЭТ6=2Δ не отключается
8 Н 1 1 1 0 1 0 1 1 (UЭТ1+UЭТ2+UЭТ4+UЭТ6+UЭТ7)=107Δ
К 1 1 1 0 1 0 1 1 U3 =1,UЭТ7=Δ не отключается

Кодирование завершено. Ошибка квантования равна 0.

2.4. Нелинейный кодер

Кодер с линейной шкалой квантования называется линейным, а с нелинейной шкалой квантования - нелинейным. Аналогичное определение относится и к декодерам. По принципам действия кодеры делятся на три основные группы: счетного типа, взвешивающего типа и матричные.

Квантование сигнала с линейной шкалой характеристики не позволяет получить высокое качество передачи сигнала с малой амплитудой. Поэтому в системах ИКМ-ВРК квантование с линейной шкалой практически не применяется.

Необходимое качество передачи сигналов достигается при выполнении квантования с неравномерной шкалой. Построение такой квантующей характеристики может осуществляться различными методами. Один из них - это применение аналогового компандера в сочетании с линейным кодером и декодером. Но из-за указанных недостатков этот способ распространения не получил.

В системах ИКМ-ВРК вместо плавной амплитудной характеристики, которую имеют аналоговые компандеры, применяются сегментные характеристики. Они представляют собой кусочно-ломаную аппроксимацию плавных характеристик, при которой изменение крутизны происходит дискретными ступенями. Наибольшее распространение получила сегментная характеристика компандирования типа А-87,6/13, где аппроксимация логарифмической характеристики производится по так называемому А-закону, соответствующему выражениям [1]:

(1.22)

Здесь А - коэффициент компрессии, равный 87,6, а сама характеристика строится из 13 сегментов. Такая характеристика показана па рисунке 1.30. Она содержит в положительной области сегменты C1, С2, Сз,...C8, находящиеся между точками (узлами) 0-1, 1-2, 2-3, …, 7-8. Аналогичным образом строится характеристика для отрицательной области значений входного сигнала. Четыре центральных сегмента (два в положительной и два в отрицательной областях) объединяются в один центральный сегмент, поэтому общее число сегментов на двухполярной характеристике равно 13. Каждый из 16 сегментов характеристики содержит по 16 шагов (уровней), квантования, а общее число уровней равно 256, из них 128 положительных и 128 отрицательных. Каждый сегмент начинается с определенного эталона, называемого основным. Эти эталоны на рисунке 1.30 указаны в начале каждого сегмента. Шаг квантования внутри каждого сегмента равномерный, а при переходе от одного к другому сегменту изменяется в 2 раза, начиная с центрального сегмента, куда входят С1, и С2. Значения основных и дополнительных эталонов, шагов квантования даны в таблице 1.1 [1].

Таблица 1.1 Значения основных и дополнительных эталонов.

Номер сегмента

Кодовая комбинация номера сегмента

Эталонные сигналы

Шаг квантования

Эталонные сигналы коррекции

основной

дополнительные

1

000

 

8

4

2

1

1

0,5

2

001

12

8

4

2

1

1

0,5

3

010

32

16

8

4

2

2

1

4

011

64

32

16

8

4

4

2

5

100

128

64

32

16

8

8

4

6

101

256

128

64

32

16

16

8

7

110

512

256

128

64

32

32

16

8

111

1024

512

256

128

64

64

32

Все эталонные значения в таблице 1.1 даны в условных единицах по отношению к значению минимального шага квантования. Сочетание дополнительных эталонов позволяет получить любой из 16 уровней квантования в данном сегменте. При изменении шага квантования изменяется крутизна характеристики. Изменение крутизны происходит в точках (узлах) характеристики.

Рисунок 1.30. Характеристика компрессии типа А-87,6/13.

Рисунок 1.30. Характеристика компрессии типа А-87,6/13.

Четыре центральных сегмента (два в положительной и два в отрицательной областях характеристики) имеют одинаковую крутизну и равные шаги квантования. При таком построении характеристики минимальный шаг квантования Δmin имеют сегменты С1 и С2 а максимальный Δmax -сегмент C8, причем отношение Δmax/ Δmin составляет 26. или 64. Это значение примерно характеризует параметр сжатия для сегментной характеристики компандирования, или параметр А. Точное значение этого параметра для непрерывной характеристики типа А определяется из выражения: и при числе сегментов nc= 8 значение A =87,6.

. (1.23)

Эффективность рассмотренной характеристики можно оценить визуально, если обратить внимание на то, что 112 уровней из 128 используются для квантования сигналов, амплитуда которых не превышает половины максимальной, 64 уровня для квантования сигналов, амплитуда которых не превышает 6,2% максимальной. Рассмотрим особенности этапов кодирования и декодирования сигналов при нелинейной характеристике квантования. В случае сегментной характеристики компрессии типа А-87,6/13 для кодирования абсолютных величин отсчетов необходимо 11 эталонов с условными весами, равными 20, 21, 22, 23, ..., 210, или 1, 2, 4, ..., 1024 уровнями квантования. При линейном кодировании такая характеристика эквивалентна характеристике квантования с 2048 уровнями. Для кодирования 2048 положительных и 2048 отрицательных уровней потребуется 12-разрядная кодовая группа. При нелинейном кодировании для обеспечения такой же защищенности Акв≥ 25 дБ потребуются 128 положительных и 128 отрицательных уровней, а кодовая группа – 8 разрядная.

Кодирование осуществляется за восемь тактов и включает три основных этапа: 1 -определение кодирование полярности входного сигнала; 2 номера сегмента узла, в котором заключен кодируемый отсчет; 3 уровня квантования сегмента, зоне которого заключена амплитуда кодируемого отсчета. Первый этап кодирования 1-й такт, второй этап—за 2...4-й такты, третий 5...8-й такты кодирования. Работа кодера на первом этапе при определения кодировании отсчета не отличается от работы линейного кодера. На втором определяется кодируется узел характеристики, определяющей начало находится отсчета, например узла 0, если отсчет находится сегменте 1; 1, 2; 2, 3, т. д. Для этого выбирается алгоритм работы, обеспечивающий определение характеристики такта В такте I> c сравнивается с эталонным током Iэт4. Если при сравнении окажется, что Ic<>Iэт4, это означает нахождение Ic в 5...8-м сегментах характеристики, и вместо тока Iэт4 включается ток Iэт6. Если при сравнении окажется, что Ic<Iэт4, это означает нахождение Ic в 1...4-м сегментах характеристики, и вместо тока Iэт4 включается ток Iэт2. Далее в зависимости от результата сравнения на втором этапе кодирования, если Ic>Iэт6, включается ток Iэт7. или если Ic<Iэт6, включается Iэт5. Аналогично подбираются эталоны, если на втором этапе был включен Iэт2. Результат сравнения в третьем такте кодирования позволяет окончательно выбрать номер узла характеристики, определяющий начало сегмента. Результат представляется двоичной кодовой комбинацией, занимающей 2...4-й разряды кодовой группы. Кодовые комбинации номера сегмента даны в таблице 1.1. На третьем этапе определяется и кодируется номер уровня квантования внутри выбранного сегмента, в зоне которого находится амплитуда кодируемого отсчета. Необходимо напомнить, что число шагов квантования внутри сегмента равно 16, шаг квантования равномерный, равен ∆с и для каждого сегмента свой. Третий этап осуществляется за четыре такта методом линейного кодирования. При кодировании в дополнение к основному эталону, определяющему начало сегмента, подключаются дополнительные эталоны с весами 8∆с, 4∆с, 2∆с, ∆с (таблица 1.1). В результате сравнения определяется номер уровня квантования, в зоне которого находится амплитуда отсчета.

Итак, в результате выполнения указанных операций получается 8-разрядная кодовая комбинация двоичных символов, 1-й разряд который указывает полярность кодируемого отсчета; 2..4-й разряды -номер сегмента узла характеристики компрессии; 5...8-й разряды -номер шага квантования внутри этого сегмента, в зоне которого заключена амплитуда кодируемого отсчета. Например, кодовая комбинация двоичных символов 11011010 означает, что кодированию подлежит отсчет положительной полярности, амплитуда которого находится в сегменте 6 и заключена в зоне 10-го уровня квантования этого сегмента. На характеристике компрессии это соответствует сигналу с амплитудой в зоне 90-го уровня квантования. При декодировании осуществляется обратное цифро-аналоговое преобразование. Характеристика экспандирования нелинейного декодера должна быть обратной характеристике компрессии нелинейного кодера (рисунок 1.31).

Рисунок 1.31. Характеристика экспандирования типа А=87,6/13

Рисунок 1.31. Характеристика экспандирования типа А=87,6/13

Входным сигналом декодера является 8-разрядная кодовая группа, определяющая полярность и величину отсчета (номер сегмента и уровень его квантования). В соответствии с принятой кодовой комбинацией цифровые ЛУ выбирают основной эталон, определяющий начало сегмента и соответствующие дополнительные эталоны, суммарный ток которых определяет величину декодируемого АИМ сигнала. Например, при декодировании комбинации двоичных символов 11011010 будут включены источник эталонных токов положительной полярности и эталонные токи с весами, равными основному эталону узла 6, который равен 256 уровней квантования и второму и четвертому дополнительным эталонам сегмента 6, что будет равно 256+128+32=416 уровней квантования. Учитывая особенности построения нелинейной характеристики квантования декодера, которая аналогична рассмотренным ранее характеристикам линейного декодера, для уменьшения искажений при декодировании используется еще один, 12-й эталон. 3начение этого эталона для каждого сегмента свое, и равно половине шага квантования в этом сегменте. Эталоны коррекции приведены в таблице 1.1.

Принцип построения нелинейного кодера взвешивающего типа с цифровой компрессией эталонов дан на рисунок 1.32.

Рисунок 1.32. Структурная схема нелинейного кодера.

Рисунок 1.32. Структурная схема нелинейного кодера.

Кодер содержит компаратор (К), блок выбора и коммутации эталонных токов (БКЭ), генератор положительных (ГЭТ1) и отрицательных (ГЭТ2) эталонных токов, компрессирующую логику (КЛ), цифровой регистр (ЦР) и преобразователь кода (ПК). Компаратор определяет знак разности между амплитудами токов кодируемого отсчета Iс и эталона Iэт. Принцип работы компаратора при оценке импульсов положительной и отрицательной полярности описан ранее. Генератор эталонов формирует полярность и величины эталонов. По построению он аналогичен ГЭТ линейного кодера, только количество формируемых эталонов равно 11, а значения этих эталонов равны 1, 2, 4, .... 1024 уровней квантования. Цифровой регистр, служит для записи решений компаратора после каждого такта кодирования и формирования структуры кодовой группы. В зависимости от решений компаратора ЦР выбирает полярность ГЭТ и управляет работой компрессирующей логики. По мере образования кодовой комбинации формирователь считывает состояние выходов 1, 2, ..., 8 ЦР, преобразуя параллельный код в последовательный. Работой узлов кодера управляют устройства генераторного оборудования системы передачи. Принцип работы нелинейного кодера во многом аналогичен работе линейного. Поясним работу нелинейного кодера на примере кодирования отсчета положительной полярности с амплитудой, равной 0,2·Im, что равно примерно 410 уровню квантования. В исходном положении выходы 1...8 ЦР находятся в состоянии 0, ГЭТ отключены и Iэт=0. Кодируемый отсчет Iс подается па вход 1 компаратора. В момент, предшествующий первому такту кодирования, первый выход ЦР переводится в состояние 1, чем включается ГЭТ1 положительной полярности. Ток Iэт=0, а Iс >0, поэтому на выходе компаратора (точка 3) в первом такте кодирования будет сформирован 0, и состояние 1 первого выхода ЦР сохранится. На этом заканчиваемся первый этап, в котором определяется и кодируется полярность отсчета. Второй этап кодирования определение и кодирование номера сегмента, в котором заключена амплитуда отсчета, начинается с того, что в состояние 1 переводится второй выход ЦР и па вход 2 компаратора подается ток Iэт4 величиной 128 уровней квантования (узел 4 характеристики компрессии). Поскольку в этом случае Iс > Iэт, во втором такте кодирования на выходе компаратора будет сформирован 0, и состояние 1 второго выхода ЦР сохранится. Далее эталон 128 уровней квантования снимается и в состояние 1 переводится третий выход ЦР, в результате чего на вход 2 компаратора вместо Iэт4 подается Iэт6 величиной 512 уровней квантования. В этом случае Iс < Iэт, поэтому в третьем такте кодирования на выходе компаратора будет сформирована 1, которая изменит состояние третьего выхода ЦР с 1 на 0. В состояние 1 переводится четвертый выход ЦР и па вход 2 компаратора вместо Iэт6 подается Iэт5 величиной 256 уровней квантования. Так как Iс > Iэт5, то в четвертом такте кодирования на выходе компаратора будет 0, и состояние четвертого выхода ЦР сохранится. Итак, по окончании второго этапа кодирования 2...4-й выходы ЦР будут отмечены состоянием 101 соответственно, что в двоичном коде определяет номер узла (сегмента), в пределах которого находится амплитуда кодируемого отсчета узел 5 (сегмент C5). Третий этап кодирования определение и кодирование номера уровня квантования сегмента, в пределах которого находится амплитуда отсчета Iс. Таких уровней квантования в пределах каждого сегмента 16, и все они могут быть получены с помощью дополнительных эталонных значений (таблица 1.1). Для данного примера, когда Iс находится в сегменте 6, используются дополнительные эталонные значения 128, 64, 32, 16, а шаг квантования равен 16. В начале третьего этапа кодирования в состояние 1 переводится 5-й выход ЦР и к эталонному току 256 добавляется эталонный ток 128.Суммарный ток па входе 2 компаратора в этом случае составит 384 уровней квантования. Поскольку при этом Iс > Iэт, в пятом такте кодирования на выходе компаратора будет 0 и состояние 1 пятого выхода сохранится. В состояние 1 переводится 6-й выход ЦР, и к эталонным токам 384 прибавляется эталонный ток 64. Суммарное значение эталонного тока на входе 2 компаратора в этом случае составит 448 уровней квантования, что больше Iс. Решение компаратора в шестом такте кодирования будет 1 и состояние 6-го выхода ЦР будет изменено с 1 на 0, что означает отключение эталонного тока 64. В состояние 1 переводится 7-й выход ЦР, и к эталонному току 384. добавится эталонный ток 32. Суммарное значение эталонного тока на входе 2 компаратора станет равным 416 уровней квантования, что больше Iс. Поэтому в седьмом такте кодирования на выходе компаратора будет 1 и состояние 7-го выхода ЦР будет изменено с 1 на 0, что означает отключение эталонного тока 32. Наконец, в состояние 1 переводится последний 8-й выход ЦР, и к эталонному току 384 добавляется эталонный ток 16. Суммарное значение эталонного тока на входе 2 компаратора станет равным 400 уровней квантования. Очевидно, что решение компаратора в восьмом такте кодирования будет 0 и состояние 1 выхода 8 сохранится. Таким образом, по окончании третьего этапа кодирования 5...8-й выходы ЦР будут иметь состояние 1001, что в двоичном коде указывает па 9-й уровень квантования, находящийся в 6-м сегменте. Итак, отсчет с амплитудой 0,2·Im (410 уровней квантования) закодирован 8-разрядпой кодовой комбинацией 11011001, указывающий, что кодируемый отсчет имеет положительную полярность, находится в зоне 89-го уровня квантования и имеет вес 400. Нетрудно заметить, что в данном случае ошибка квантования составила 10. По мере завершения тактов кодирования преобразователь кода ПК считывает состояние выходов 1...8 ЦР, преобразуя параллельный код в последовательный.

Декодер осуществляет цифро-аналоговое преобразование кодовых групп ИКМ сигнала в АИМ сигнал, т. е. в отсчеты нужной полярности и амплитуды. Принцип построения нелинейного декодера взвешивающего тина с цифровым экспандированием эталонов поясняется на рисунок 1.33.

Декодер содержит цифровой регистр (ЦР), блок экспандирующей логики (ЭЛ), блок выбора и коммутации эталонных токов (БКЭ) и два генератора эталонных токов положительной (ГЭТ1) и отрицательной (ГЭТ2) полярностей.

Рисунок 1.33. Структурная схема нелинейного декодера.

Рисунок 1.33. Структурная схема нелинейного декодера.

Восьмиразрядная кодовая группа принятого ИКМ сигнала записывается в ЦР, формируясь на его выходах 1...8 в виде параллельного 8-разрядного двоичного кода. Первый разряд этой кодовой комбинации определяет полярность включаемого ГЭТ, а 2..8-й разряды номер сегмента и уровня квантования на характеристике экспандирования. В соответствии с принятой кодовой комбинацией включаются соответствующие эталоны, суммарный ток которых определяет величину (амплитуду) декодированного отсчета АИМ сигнала. Так, при декодировании кодовой комбинации 11011001 включается ГЭТ1 положительной полярности и ключи эталонных токов 256, 128, 16 с суммарным значением 400 уровней квантования.

Как отмечалось ранее, для уменьшения искажений при декодировании используется еще 12-й корректирующий эталон, равный значению 0,5 шага квантования сегмента. Для данного примера корректирующий эталонный ток равен 8 и общее суммарное значение эталонных токов будет равно 408 уровней квантования.

Цифровые системы передачи


*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.