3 Цифровые виды модуляции в сп с врк

3.1 Принцип импульсно-кодовой модуляции в цифровых системах передачи с врк икм-вд

3.1.1 Импульсно-кодовая модуляция

Любая аппаратура обработки сообщений и систем передачи имеет конечную разрешающую способность. Это связано как с ошибками, возникающими при обработке сигналов, так и с наличием шумов в аппаратуре и каналах связи. Так, для наиболее высококачественного воспроизведения музыкальных программ достаточно передавать сигналы с динамическим диапазоном в 60 дБ. Для высококачественной передачи телевизионных изображений достаточен динамический диапазон порядка 40 … 46 дБ. При передаче телефонных сообщений ограничиваются динамическим диапазоном 40 дБ. Дальнейшее увеличение разрешающей способности устройств обработки и передачи сигналов связано со значительным усложнением аппаратуры.

В связи с этим нет необходимости передавать все бесконечное множество амплитудных значений непрерывных сигналов, его можно ограничить конечным множеством, содержащим определенное, заранее установленное для того или иного вида сигналов, число разрешенных амплитудных значений. Эти разрешенные для передачи амплитудные значения сигнала называются уровнями квантования; выбор их количества определяет качество передачи электрических сигналов. При ограничении числа разрешенных уровней их можно пронумеровать и передавать уже не сами значения уровней, а их номера, например в двоичной системе счисления, т. е. осуществить цифровую систему передачи.

Наиболее широкое распространение получили многоканальные ЦСП, в которых используется метод импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). При ИКМ отсчеты аналогового АИМ сигнала преобразуются в последовательность кодовых групп, состоящих из двоичных символов, т.е., как отмечено выше, для осуществления ИКМ необходимо произвести три операции:

- дискретизацию сигналов по времени (получение АИМ сигналов);

- квантование полученных импульсов по амплитуде;

- кодирование квантованных по амплитуде импульсов.

Квантование – округление мгновенных значений сигнала до ближайших разрешенных значений. Это важнейшая операция АЦП, которая, собственно и превращает аналоговый сигнал в цифровой (аналоговый сигнал представляет собой бесконечное множество мгновенных значений, цифровой сигнал может принимать конечное множество разрешенных значений).

Квантование неизбежно сопровождается ошибкой квантования, не более шага квантования, т. е. расстояния между ближайшими разрешенными значениями (уровнями). Разность между двумя соседними разрешенными для передачи уровнями называется шагом квантования Δ. Если амплитуда отсчета сигнала в пределах двух соседних разрешенных значений превышает половину шага квантования Δ/2, ее значение увеличивается в бóльшую сторону, если меньше половины шага квантования – в меньшую сторону. Такое округление сопровождается погрешностью. Разность между истинным и квантованным значением отсчета сигнала называется ошибкой или шумом квантования.

В оборудовании телекоммуникационных систем важнейшая операция квантования практически всегда совмещается с кодированием.

Произведя «нумерацию» уровней квантования, можно передавать не сами уровни, а их значения по шкале уровней в двоичном коде. Полученная в результате преобразования в двоичный код импульсная последовательность является групповым ИКМ сигналом.

Преобразование десятичного числа в двоичное легко производить по следующему правилу:

а) десятичное число условных шагов квантования представляется суммой чисел, например: 105 = 64 + 32 + 8 + 1;

б) в ряду чисел единицы ставятся там, где есть числа, и нули, где их нет:

64. + 32 + 8 + 1 = 105

1·2⁶ + 1·2⁵ + 0·2⁴ + 1·2³ + 0·2² + 0·2¹ + 1·2⁰

↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

1 1 0 1 0 0 1 (1101001)

Совокупность единиц и нулей между двумя квантованными отсчетами группового сигнала называется кодовой группой, а число единиц и нулей в кодовой группе определяет ее разряд. В нашем примере имеем семиразрядную кодовую группу.

Если кодовая группа содержит т разрядов, то с помощью такого

т-разрядного кода можно закодировать М = 2^т уровней. Так, при т = 5 →

М =32, при т = 7 → М = 128 и т. д. При известном количестве уровней квантования разрядность кодовой группы определяется соотношением:

т =10 lg М.

Устройства, преобразующие амплитудные отсчеты сигнала в кодовую группу, называют кодерами, а устройства, осуществляющие обратное преобразование – декодерами. Совместно кодирующие и декодирующие устройства называют кодеками.