Кловский Д.Д. и др. Теория электрической связи (1999) (1151853), страница 86
Текст из файла (страница 86)
Полученный фильтр представляет собой схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Заметим, что она аналогична схеме рис. 3.2. Аналогично определяют схемы оптимальной нелинейной фильтрации для других видов модуляции и для более сложных каналов. 8.9. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦИФРОВОЙ ПЕРЕДАЧЕ НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ Для передачи непрерывных сообщений можно воспользоваться дискретным каналом.
При этом необходимо преобразовать непрерывное сообщение в цифровой сигнал, т.е. в последовательность символов, сохранив содержащуюся в сообщении существенную часть информации, определяемую его эпсилон- энтропией. Типичными примерами цифровых систем передачи непрерывных сообщений являются системы с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) и дельта-модуляцией (ДМ). Как отмечалось в й 1.6, для преобразования непрерывного сообщения в цифровую форму используются операции дискретизации и квантования, Полученная таким образом последовательность квантованных отсчетов кодируется и передается по дискретному каналу как всякое дискретное сообщение. На приемной стороне непрерывное сообщение после декодирования восстанавливается (с той или иной точностью).
Основное техническое преимущество цифровых систем передачи перед непрерывными системами состоит в их высокой помехоустойчивости. Это преимущество наиболее сильно проявляется в системах передачи с многократной рггпраиаицией (переприемом) сигналов.
Типичные системы подобного типа— кабельные и радиорелейные линии большой протяженности. В них сигналы передаются по цепи ретрансляторов, расположенных на таких расстояниях друг от друга, которые обеспечивают надежную связь. В таких системах помехи и искажения, возникающие в отдельных звеньях, как Правило, накапливаются, Допустим для простоты, что сигнал в каждом ретрансляторе только усиливается. Тогда, если аддитивные помехи в каждом звене статистически независимы, их мощность на входе последнего звена равна сумме мощностей помех всех звеньев. Если система состоит из й одинаковых звеньев, для обеспечения заданной верности связи необходимо обеспечить на входе каждого ретранслятора отношение сигнал-помеха в 1с раз больше, чем при передаче без ретрансляций.
В реальных системах число ретрансляций 1с может достигать несколько десятков, а иногда и сотен; накопление помех вдоль тракта передачи становится основным фактором, ограничивающим протяженность линии связи. При цифровых системах передачи для ослабления эффекта накопления помех при передаче с ретрансляциями наряду с усилением применяют регенерацию импульсов, т.е. демодуляцию с восстановлением переданных кодовых символов и повторную модуляцию на переприемном пункте. При использовании регенерации аддитивная помеха со входа ретранслятора не поступает на его выход. Однако она вызывает ошибки при демодуляции. Ошибочно принятые в одном регенераторе символы в таком виде передаются и на следующие регенераторы, так что ошибки все же накапливаются.
При использовании )с регенераторов и допустимой вероятности ошибки р «1 необходимо в демодуляторе каждого регенератора обеспечить вероятность ошибки р1 не более чем 335 р/к. Однако в отличие от предыдущего случая для этого вовсе не нужно увеличивать отношение сигнал-помеха на входе регенератора в )с раз. Так при передаче двоичных символов в канале с аддитивным гауссовским шумом и некогерентном приеме двоичных ортогональных сигналов ошибки определяются формулой (5.82). Если требуется обеспечить р < 10 5, то в системе без переприема для этого необходимо иметь Ьз = -21и(2р) = 21,64.
При использовании )с = 1000 регенераторов следует обеспечить на каждом из них р1 < 10 8 или Ь2 = 21п(2р) 1 = 35,45. Для этого достаточно поднять мощность сигнала в 1,64 раза, а не в 1000 раз. При цифровой системе передачи непрерывных сообщений можно, кроме того, повысить верность применением помехоустойчивого кодирования. Высокая помехоустойчивость цифровых систем передачи позволяет осуществить практически неограниченную по дальностИ связь при использовании каналов сравнительно невысокого качества. Другим существенным преимуществом цифровых систем передачи информации является широкое использование в аппаратуре преобразования сигналов современной элементной базы цифровой вычислительной техники и микропроцессоров. Совокупность устройств, выполняющих преобразования входных цифровых сигналов в выходные цифровые сигналы на основе заданного алгоритма цифрового преобразования, называют цифровыми фильтрами (см. гл.10).
По существу цифровой фильтр является специализированной ЭВМ или микропроцессором1). Больше того, на цифровой основе могут быть объединены в единой системе сигналы передачи данных с сигналами передачи речи и телевидения. Возможность приведения всех видов передаваемой информации к цифровой форме позволяет осуществить интеграцию систем передачи и систем коммутации. Простота сочленения цифрового канала с ЭВМ позволяет существенно расширить область использования вьгчислительной техники при построении аппаратурЬ1 связи и автоматизации управления сетями связи. Отмеченные и другие преимущества цифровых систем передачи непрерывных сообщений позволяют предположить, что в ближайшие годы эти системы найдуг более широкое применение, чем непрерывные (аналоговые) системы связи.
Перейдем к рассмотрению структурной схемы цифрового канала передачи непрерывных сообщений (рис. 8.11). В отличие от непрерывного канала ! Рис.8.11. Структурная схема системы цифровой передачи непрерывных сообщений О Техника цифровой фильтрации и схемы 'цифровых фильтров на базе микропроцессоров рассматриваются в курсе "Основы цифровой техники и микропроцессоры". 336 передачи в составе цифрового канала предусмотрены устройства для преобразования непрерывного сообщения в цифровую форму аналого-цифровой преобразователь (АЦП) на передающей стороне и устройства преобразования цифрового сигнала в непрерывной — цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) на приемной стороне. Преобразование аналог — цифра состоит из трех операций (рис.
8.12): сначала непрерывное сообщение подвергается дискретизации по времени через интервалы Л (рис. 8.12, а); полученные отсчеты мгновенных значений о(ка) квантуются (рис. 8.12, б); наконец, полученная последовательность квантованных значений Ькв(ке ) передаваемого сообщения представляется посред- ь(г а) б Ь„(г б) 1 ООО ОО1 11О 1ОО 1 1 О О1 1 1 О1 ством кодирования в виде последовательности и1-ичньгх кодовых комбинаций (рис. 8.12, в).
Такое преобразование называется импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). Чаще всего кодирование здесь сводится к записи номера уровня в двоичной системе счисления. в) Кодовые комбинации импульсов г) в(г) Рис.8. ! 2. Преобразование непрерывного сообщения в последовательность двоичных импульсов В дальнейшем будем рассматривать цифровые системы, в которых непрерыв- ное сообщение преобразовано в последовательность кодовых комбинаций, со- ставленных из двоичных символов.
337 Полученный с выхода АЦП сигнал ИКМ поступает или непосредственно в линию связи, или на вход передатчика (модулятора), где последовательность двоичных импульсов преобразуется в радиоимпульсы. На приемной стороне линии связи последовательность импульсов после демодуляции и регенерации в приемнике поступает на цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, назначение которого состоит в обратном преобразовании (восстановлении) непрерывного сообщения по принятой последовательности кодовых комбинаций. В состав ЦАП входят декодирующее устройство, предназначенное для преобразования кодовых комбинаций в квантованную последовательность отсчетов, и сглаживающий фильтр, восстанавливающий непрерывное сообщение по квантованным значениям.
Преобразование непрерывных сообщений в цифровую форму в системах ИКМ сопровождается округлением мгновенных значений до ближайших разрешенных уровней квантования. Возникающая при этом погрешность е(~) (рис. 8.12, в) представления является неустранимой, но контролируемой (так как не превышает половины шага квантования) (рис. 8.12, б).
Выбрав малый шаг квантования, можно обеспечить эквивалентность по заданному е-критерию (см. 8 6.7) исходного и квантованного сообщений. Погрешность (ошибку) квантования, представляющую собой разность между исходным сообщением и сообщением, восстановленным по квантованным отсчетам, называют шумом квантования. 8.10. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ИМПУЛЬСНО-КОДОВОЙ МОДУЛЯЦИИ Одной из причин, приводящих к отличию принятого сообщения от переданного в системе с ИКМ, является шум квантования, другой — помехи в канале, которые накладываются на передаваемые сигналы кодовых комбинаций и могут вызвать ошибки. Ошибки в символах (при отсутствии избыточности) приводят к ошибочному декодированию всей кодовой комбинации. В результате ошибочного декодирования символа действительно переданное дискретное значение сообщения заменяется другим возможным (не обязательно ближайшим); погрешность зависит от того, какие из символов кодовой комбинации приняты с ошибкой.
Назовем эту составляющую шума шумом ложных импульсов. Таким образом, при оценке помехоустойчивости необходимо учитывать суммарный шум как за счет квантования, так и за счет ложных импульсов при декодировании. Шум квантования не связан с помехами в канале и целиком определяется выбором числа уровней квантования. Его можно сделать сколь угодно малым, увеличивая число уровней. При этом придется увеличивать число кодовых символов, приходящихся на каждый отсчет, а следовательно, сокращать длительность символа и расширять спектр сигнала в канале. Таким образом, так же как и при помехоустойчивых аналоговых видах модуляции, снижение этого шума достигается за счет расширения спектра сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
