Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ИКМКОДЕКЦСК2.DOC
Скачиваний:
10
Добавлен:
12.03.2015
Размер:
790.53 Кб
Скачать

Казанский Государственный Технический Университет им. А.Н.Туполева

Кафедра радиоэлектронных и телекоммуникационных систем

Лабораторная работа

по курсу «Многоканальные телекоммуникационные системы»

по специальности 210404 «Многоканальные телекоммуникационные системы»

ИЗУЧЕНИЕ ИКМ КОДЕКА

Разработал доцент каф.РТС Можгинский В.Л.

Рецензент доцент каф.РТС Файзуллин Р.Р.

Казань 2011

1.1. Цель работы

Целью настоящей работы является изучение устройств, выполняющих импульсно-кодовую модуляцию и демодуляцию.

1.2. Сведения из теории

Для передачи аналоговых сигналов по цифровым телекоммуникационным системам необходимо обеспечивать их преобразование в цифровую форму и обратно. Эту операцию выполняют устройства, называемые кофидеками (кодер - фильтр - декодер) или кодеками (кодер - декодер). Во втором случае фильтр рассматривается как отдельное устройство. Структурная схема кодека приведена на рис.1.

Рис. 1.

Первичный аналоговый сигнал подвергается преобразованию в цифровую форму с помощью трех операций: дискретизации во времени, квантования по амплитуде и кодирования. Эти операции называются типичным аналого - цифровым преобразованием (АЦП). На приемном конце для воспроизведения первичных сигналов производится обратное цифро - аналоговое преобразование (ЦАП).

Дискретизация.

Процесс дискретизации непрерывного сигнала uВХ во времени представляет собой выборку значений непрерывного сигнала. Для этого используется электронный ключ, который периодически с периодом ТD замыкается (частота дискретизации ) на короткое время. На выходе ключа получается АИМ (амплитудно - импульсно модулированный) сигнал uD(t). В соответстви с теоремой Котельникова частота дискретизации должна быть, по крайней мере, вдвое больше максимальной частоты спектра исходного сигнала :

2 (1)

Для телефонного сигнала со спектром 0,3.... 3,4 кГц выбрана = 8 кГц. Отметим, что при выполнении условия (1), аналоговый сигнал может быть восстановлен без искажений, а если условие нарушено, то нет. Именно поэтому перед дискретизацией, аналоговый сигнал пропускают через фильтр нижних частот (ФНЧ).

Квантование

При квантовании, бесконечному множеству мгновенных значений отсчетов аналогового сигнала ставят в соответствие конечное множество значений - уровней квантования. Отсчеты аналогового сигнала uD заменяются на величину ближайших уровней квантования uКВ. Если шаг квантования одинаков, то квантование называют равномерным.

В процессе квантования возникает необратимая ошибка, так как квантованный сигнал отличается от исходного. Эту ошибку рассматривают как специфическую помеху - шум квантования. Последний представляет собой случайную последовательность импульсов, амплитуды которых не превышают половины шага квантования. Для уменьшения шумов квантования шаг квантования необходимо уменьшать. Однако, чтобы обеспечить необходимый уровень шумов в телефонном канале при равномерном квантовании потребуется примерно 2000 уровней. Для уменьшения числа уровней используют неравномерное квантование (с компандированием). При этом, для малых уровней сигнала величина шага квантования выбирается малой, а для больших уровней - большой. Можно показать, что закон сжатия, при котором отношение С/Ш квантования будет оставаться постоянным при любом уровне входного сигнала, имеет вид:

ВЫХ=, (2)

где с и  - постоянные величины.

Так как устройство с такой характеристикой нереализуемо физически (ВЫХ   при ВХ  0), на практике используют два других закона сжатия, близких к оптимальному.

В США используют  - закон, при котором входное uВХ и выходное uВЫХ напряжения сжимателя связаны зависимостью:

uВЫХ= (3)

причем коэффициент сжатия  в телефонии равен 100.

В Европе используется сжатие по А - закону вида (А=87,6)

ВЫХ (4)

Таким образом малые сигналы квантуются с постоянным шагом, а при c шагом, изменяющимся по логарифмическому закону. В современных цифровых компандерах плавную характеристику сжатия заменяют линейно - ломанной аппроксимирующей функцией. В телефонии применяют аппроксимацию А87,6/8 восьмью отрезками прямых линий (сегментами).

При таком кодировании цифровой код для каждого отсчета состоит из знакового бита (1 при > 0 и 0 при < 0 ) трехразрядного кода сегмента (8 сегментов) и четырехразрядного кода шага (16 шагов). Код сегмента задает напряжение в начальной точке сегмента, а код шага смещение внурти сегмента. Как правило, используются коды с инверсией четных битов. Так вместо кода сегмента 000 используется код 101, вместо 001 код 100 и так далее. (Первый и третий разряды кода сегмента в полном цифровом коде - четные, так как первый бит знаковый). Аналогично инвертируются и четные биты кода шага смещения. Для первых двух сегментов шаг равен 1,2 мВ, для третьего 2,4 мВ. Для остальных пяти сегментов шаг удваивается при переходе от предыдущего сегмента к последующему.