В.Н. Васюков - Теория электрической связи (1266498), страница 50

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 50)

е. снижаются требования к пропускной[n]b[n]Предсказательbпр[n]̃[n]b̃[n]КСb̃пр[n]ПредсказательРис. 10.9. Структура системы связи с предсказанием312 10. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ПЕРЕДАЧИ НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙспособности канала). Во многих случаях алгоритм работы предсказателя может быть линейным, при этом очередное значение сигнала формируется как линейная комбинация некоторого числа предшествующих отсчетов.

В частности, кодирование речевыхсигналов на основе линейного предсказания применяется в современных системах мобильной связи (стандарты GSM, D-AMPS).Способ передачи сигналов путем кодирования ошибки предсказания получил название дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (ДИКМ). В таких системах применяют неравномерноеквантование, это дает дополнительное преимущество, так как более вероятны малые значения ошибок. Выигрыш ДИКМ по сравнению с ИКМ тем больше, чем выше корреляция между соседнимиотсчетами сигнала.Предельным случаем ДИКМ можно считать дельтамодуляцию, при которой число уровней квантования равно двум ипередаваемый сигнал ошибки d [n] содержит лишь информацию ополярности (знаке) ошибки.

Еслиb (t )кодируемый сигнал b(t ) на n -мтактовом интервале возрастает(ошибка [ n ] больше нуля), то передается сигнал +1, иначе –1(рис. 10.10).Дельта-модуляцияtприменимавтехслучаях,когда шагРис. 10.10. Преобразования сигдискретизациисигналамногонала при дельта-модуляциименьше, чем интервал корреляции.Преимуществом дельта-модуляции является простота кодера идекодера (рис. 10.11). Для восстановления сигнала b (t ) достаточно«проинтегрировать» сигнал d[n] («интегрирование» состоит в суммировании с накоплением последовательности d[n] нулей и единиц и преобразовании полученной последовательности чисел вступенчатую функцию, которая затем сглаживается фильтромнижних частот). Однако дельта-модуляции свойственны специфические искажения, связанные с отставанием изменения ступенчатойb[n]bпр[n]Квантовательd[n]КСd̃ [n]Накопительb̃пр[n]НакопительРис.

10.11. Структура системы дельта-модуляцииФНЧb̃[n]Упражнения313аппроксимации сигнала от истинной сигнальной функции (перегрузка по наклону) и с колебаниями на участках, где сигнал изменяется слабо (шум дробления), см. рис. 10.10. Способ борьбы сэтими явлениями состоит в адаптации шага квантования к видусигнала: если несколько соседних значений ошибки d [n] совпадают, это считается признаком монотонного изменения сигнала ишаг квантования увеличивается, если же на некотором интервалевремени отсчеты сигнала d [n] принимают поочередно значения +1и –1, то это говорит о слабом изменении сигнала и шаг квантования уменьшается.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ1.

Перечислите свойства согласованного фильтра и фильтра Колмогорова–Винера.2. Назовите общие черты и различия в постановке задач синтеза этих фильтров.3. Назовите преимущества цифровых сигналов перед аналоговыми.4. Что такое шум квантования? Что нужно для его уменьшения?5. Что такое шум ложных импульсов?6. В каких случаях целесообразно применение кодирования спредсказанием? Дельта-модуляции?7. Что такое компандирование и для чего его применяют?УПРАЖНЕНИЯ1.

Покажите, что дисперсия шума квантования равна 2 /12 ,если его распределение равномерно в интервале от  / 2 до / 2 .2. Дан 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь с динамическим диапазоном ±5 В. Определите:а) величину шага квантования;б) среднеквадратическое отклонение шума квантования;в) отношение сигнал/шум на выходе АЦП, если на вход подается синусоида амплитудой 5 В;г) отношение сигнал/шум на выходе АЦП, если на вход подается синусоида амплитудой 0,05 В.3. Дан 8-разрядный аналого-цифровой преобразователь с динамическим диапазоном ±10 В. Определите:а) величину шага квантования;б) среднеквадратическое отклонение шума квантования;в) отношение сигнал/шум на выходе АЦП, если на вход подается гауссовский случайный сигнал со среднеквадратическим отклонением 0,5 В;г) вероятность попадания сигнала в область насыщения, еслиего СКО равно 3 В.11.

ПРИНЦИПЫМНОГОКАНАЛЬНОЙ СВЯЗИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯИНФОРМАЦИИо многих случаях необходимость передачиВинформации от источника к приемнику существует не постоянно, а лишь периодически, или возникает отслучая к случаю. В то же время наиболее дорогостоящими частямимногих систем и сетей передачи информации являются линии связи – кабельные, волноводные, световодные, радиорелейные и т.п.Поэтому естественно возникает задача совместного использованияэтого оборудования многими пользователями (абонентами), т.е.многоканальной связи или уплотнения. Тем самым повышаетсяэффективность использования ресурсов линии.Многоканальная связь возможна, очевидно, лишь тогда, когдапропускная способность совместно используемого оборудованиябольше суммарной информационной производительности всех источников. При этом ресурсы линии связи должны быть некоторымобразом распределены между пользователями.

Способы этого распределения (разделения каналов) и особенности построения многоканальных систем будут рассмотрены в этом разделе.11.1. СТРУКТУРА МНОГОКАНАЛЬНОЙСИСТЕМЫ СВЯЗИУпрощенная структурная схема многоканальной системысвязи показана на рис. 11.1. Сообщения a1 , a2 , ... aN вырабатываются источниками сообщений ИС1, ИС2,...,ИСN и поступают на индивидуальные модуляторы (передатчики), где преобразуются в канальные сигналы u1 (t ), u2 (t ),..., uN (t ) . Устройство объединения Σ31511.1. Cтруктура многоканальной системы связиобразует из них групповой сигнал u (t ) , который в групповом модуляторе (передатчике) М преобразуется в линейный сигнал uл (t ) ,поступающий в линию связи ЛС.

Линейный сигнал в линии связиподвергается искажениям и воздействию помех, в результате навыходе линии имеет место наблюдаемое колебание z (t ) , котороегрупповым приемником П преобразуется в групповой сигнал. Индивидуальные (канальные) приемники П1, П2,..., ПN выделяют изгруппового сигнала соответствующие канальные сигналы, которые затем преобразуются в сообщения a1, a2 , ..., aN , предназначенныедля получателей ПС1, ПС2,...,ПСN.ИС1ИС2ИСNa1a2aNМ1u1 (t )М2МNu (t )u ë (t )МП1z(t )ЛСПП2a1a2ПС1ПС2aNu N (t )ПNПСNРис. 11.1. Упрощенная структура многоканальной системы связиКанальные передатчики вместе с устройством объединения образуют аппаратуру уплотнения каналов; групповой модулятор, линия связи и групповой приемник составляют групповой канал, канальные приемники образуют устройство разделения.Очевидно, для того чтобы канальные сигналы можно было выделить из группового сигнала, они должны отличаться какимилибо признаками.

Наиболее распространены линейные методыразделения, когда устройством объединения является суммирующий усилитель, а селекторы канальных сигналов, входящие в канальные приемники, представляют собой линейные устройства спостоянными или переменными параметрами.При линейном разделении групповой сигнал равен сумме канальных сигналовNu (t )   ui (t ) ,i 131611. ПРИНЦИПЫ МНОГОКАНАЛЬНОЙ СВЯЗИ…а j -й селектор канального сигнала, описываемый линейным оператором  j  , должен выделять из группового сигнала j -й канальный сигнал, т.е.

должно выполняться условиеu (t ), i  jN N, j u (t )   j   ui (t )    j ui (t )   ii ji 1 i 1 0,которое означает линейную независимость канальных сигналов.Представляя канальные сигналы векторами в пространствесигналов, легко видеть, что они в силу линейной независимостиобразуют базис N -мерного подпространства. Групповой сигнал,как линейная комбинация базисных векторов, всегда принадлежитэтому подпространству, а оператор  j  должен проецироватьгрупповой сигнал на вектор, ортогональный всем базисным векторам (т.е. всем канальным сигналам), кроме j -го.

Другими словами,оператор  j  находит скалярное произведение группового сигнала на j -й вектор базиса, взаимного по отношению к базису, образованному канальными сигналами (см. разд. 2).Условие линейной разделимости канальных сигналов принятозаписывать как условие неравенства нулю определителя Грамаu1 , u1  u1 , u2  u1 , u3 u2 , u1  u2 , u2  u2 , u3 u3 , u1  u3 , u2  u3 , u3 ...u N , u1 ...u N , u2 ...u N , u3 ...............u1 , u N u2 , u N u3 , u N 0....u N , u N Очевидно, что в отсутствие помех любая линейно независимаясовокупность сигналов одинаково пригодна для многоканальнойсвязи.

Однако в реальных каналах связи помехи есть всегда, поэтомунаилучшими помехоустойчивыми свойствами обладают ортогональные системы сигналов; тогда проекции, выделяемые селекторами канальных сигналов, совпадают с канальными сигналами, а реализация самих селекторов оказывается наиболее простой.Систему ортогональных сигналов можно выбрать многимиспособами. Наиболее очевидными вариантами выбора являютсявременной и частотный способы разделения, когда ортогональность обеспечивается тем, что сигналы не перекрываются во временной или частотной области.11.2.

Частотное разделение каналов31711.2. ЧАСТОТНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ КАНАЛОВКанальные сигналы при частотном разделении каналов(ЧРК) занимают неперекрывающиеся полосы частот, поэтому ихразделение обеспечивается полосовыми фильтрами.Сообщения с выходов источников (рис. 11.1) поступают на канальные модуляторы, где происходит модуляция гармоническихколебаний с различными частотами, называемых поднесущими. Частоты поднесущих колебаний должны различаться настолько, чтобыспектры модулированных сигналов не накладывались друг на другаво избежание взаимных помех. После модуляции информационныесигналы занимают ограниченные полосы частот, которые могут отличаться по ширине от спектров исходных колебаний (например,при частотной или фазовой модуляции), или совпадать с ними (приОБП-модуляции).

Важно, чтобы полосы частот, занимаемые различными сигналами, не только не перекрывались, но и отстоялидруг от друга на ширину некоторого защитного интервала, что облегчает их последующее разделение при помощи реальных фильтров, имеющих конечную крутизну АЧХ в переходной полосе.Индивидуальные канальные (модулированные) сигналы суммируются и поступают на групповой передатчик, где происходитмодуляция несущего колебания групповым сигналом, после чегомодулированный линейный сигнал передается в линию связи.Групповой приемник производит демодуляцию линейного сигнала,после чего каждый канальный приемник выделяет при помощиполосового фильтра «свой» канальный сигнал, демодулирует его ивыделяет сообщение.Как видно, частотное разделение каналов основано на распределении одного из ресурсов – полосы пропускания группового канала – между различными индивидуальными каналами.

Частотному разделению каналов свойственны следующие недостатки.Во-первых, из-за неидеальности полосовых фильтров необходимы защитные интервалы, которые суммарно составляют около20 % полосы пропускания группового канала связи. Например, вмногоканальных телефонных системах для передачи речевых сигналов установлена полоса частот 3100 Гц (считается, что при передаче речи для обеспечения разборчивости с сохранением индивидуальных голосовых признаков достаточен диапазон от 300 до3400 Гц), а ширина защитного интервала составляет 900 Гц; такимобразом, при объединении N телефонных каналов общая ширинаполосы частот группового канала составляет 4N кГц.31811.

Характеристики

Список файлов книги