Интернет-магазин электроники и бытовой техники

Выполнение 
работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Выполнение работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Китайские косметические средства

Китайская народная медицина

Копии смартфонов

Духи от Dior

Стильные браслеты с уникальным дизайном

Термос Bullet

Часы Hublot механические

Гироскутер SmartWay

Женский Интим-гель

Нужен оригинальный подарок? Закажи

Протоколы передачи данных Протокол с выборочным повтором Сети Петри высокоуровневый протокол управления каналом код Хэмминга Метод выборочного повтора протокол скользящего окна

Электроника

Кодовая импульсная модуляция (КИМ) квантование

 В рассмотренных выше видах импульсной модуляции предполагалось, что амплитуда несущих импульсов непосредственно модулируется отсчетными значениями передаваемого сообщения. В этих простых случаях АИМ все возможные амплитуды импульсного сигнала передаются без дополнительных преобразований. В любой физической системе невозможно, конечно, точно восстановить амплитуду сигнала вследствие помех и искажений, возникающих при его передаче и маскирующих малые изменения амплитуды. К этому основному ограничению добавляется то обстоятельство, что оконечный получатель информации (человек или электронное устройство) также имеет ограниченную способность различать мелкие детали сигнала. Следовательно, бессмысленно пытаться сохранить «качество» сигнала выше того уровня, который может быть реально использован. В связи с этим отпадает необходимость передавать все возможные амплитуды импульсного сигнала. Это обстоятельство может быть использовано для создания систем, в которых амплитуда может принимать лишь некоторые дискретные значения, что дает определенные преимущества. При взятии отсчетов амплитуда посылаемого импульса берется равной ближайшему дискретному уровню. В этом случае высота импульсов, передаваемых в системе с АИМ, принимает ряд определенных (фиксированных) значений, соответствующих возможным дискретным уровням амплитуды. Так как фиксированные уровни известны также и на приемном конце, то задача их опознавания в детекторных схемах приемника при наличии помех упрощается. Если помехи и искажения не слишком велики, то детектор способен принять правильное решение об амплитуде переданного импульса. В этом случае приемник может полностью восстановить дискретные уровни сигнала, свободные от помех и искажений, возникающих в канале связи.

Представление сигнала определенным множеством дискретных уровней называется квантованием. Точным аналогом такого преобразования может служить округление последних цифр числа в расчетах. На рис. 10 показан дискретизированный по времени и квантованный сигнал,


РИСУНОК 10 Дискретизированный по времени и квантованный по уровню сигнал

где отсчетные значения амплитуды импульса заменены ближайшими к действительной величине значениями из числа возможных фиксированных уровней. При квантовании сигнал из аналоговой (непрерывной) формы преобразуется в цифровую (дискретную) форму. Аналоговый сигнал, подвергнутый дискретизации и квантованию, не может быть точно восстановлен даже при полном отсутствии помех. Это связано с тем, что в процессе квантования создаются начальные неустранимые искажения, которые принято называть шумом квантования. Однако, как мы увидим далее, эти искажения могут быть незначительными, если расстояние между соседними уровнями мало или, что то же самое, если число уровней квантования достаточно велико. К вопросу о шумах квантования мы вернемся несколько позднее.

 Пример на рис. 10 соответствует случаю, когда расстояния между соседними уровнями квантования (шаги) равны между собой; однако встречаются системы и с переменным шагом. Переменное расстояние между амплитудными уровнями, хотя и ухудшает несколько условия передачи сигналов большой амплитуды, зато благоприятно сказывается на сигналах с малыми амплитудами. Это явление отчасти напоминает описанный ранее метод предыскажений, применяемый в системах с ЧМ. Здесь, однако, мы будем рассматривать только равномерное распределение уровней квантования.

 Следует иметь в виду следующее замечательное свойство квантования по уровню: если сигнал подвергнут квантованию, то его можно передавать и ретранслировать на любые расстояния без последующих искажений при единственном условии, что помехи не столь велики, чтобы вызвать ошибочные решения о переданном уровне, каждого отдельного импульса. При безошибочных решениях можно точно воспроизвести квантованный сигнал, а исходный аналоговый сигнал восстановить с точностью до искажений, обусловленных квантованием, которые могут быть сделаны достаточно малыми.

 КОДИРОВАНИЕ

 При так называемой квантованной АИМ передача каждого уровня квантованного сигнала могла бы осуществляться в виде дискретных значений высоты импульсов. Однако если число уровней квантования достаточно велико, то обеспечение безошибочного приема становится затруднительным и преимущества квантования при этом исчезают.

 Наоборот, сравнительно просто различить между собой два определенных импульса или установить наличие или отсутствие импульса. Предположим теперь, что каждый дискретный уровень сигнала представляется особой группой импульсов, высота которых выбирается из некоторого малого числа возможных значений. Такое представление является примером кодирования сигнала. В процессе кодирования информация, заключенная в величине амплитуды отдельного импульса, преобразуется в совокупность нескольких импульсов, которую принято называть кодовой группой. Каждому уровню квантования соответствует своя кодовая группа. Отдельные импульсы в такой группе также имеют фиксированные амплитуды, выбираемые из некоторого ограниченного ряда значений (обычно из двух значений). Повышенная помехоустойчивость при кодировании обусловлена, главным образом, двумя причинами:

1. Потеря или искажение одного или нескольких импульсов кодовой группы сказывается лишь на части общего объема передаваемой информации.

 2. При детектировании отдельных импульсов допускаются достаточно большие уровни помех и искажений, так как селекция импульсов осуществляется среди незначительного числа возможных величин.

Обычно при кодировании дискретизированного по времени и квантованного по уровням сигнала кодовые группы образуются импульсами с двумя значениями амплитуды (двоичное кодирование). Применяются два вида двоичных импульсов: амплитудноманипулированные или однополярные импульсы, которые могут принимать значения (1) или (0) и фазоманипулированные или двухполярные импульсы со значениями (+1, -1). В простейшем и наиболее распространенном случае двоичного кодирования уровни квантования представляются в виде двоичных чисел (чисел с основанием 2). Приведенная ниже таблица иллюстрирует этот метод кодирования для случая, когда кодовые группы состоят из трех импульсов. Несколько кодовых групп этой таблицы изображены в качестве примера на рис 11.


РИСУНОК 10 Двоичное кодирование

  Двоичный код:

Уровень амплитуды

Однополярные импульсы

Двухполярные импульсы

0

1

2

3

4

5

6

7

000

001

010

011

100

101

110

111

-1-1-1

-1-1 1

-1 1-1

-1 1 1

 1-1-1

 1-1 1

 1 1-1

 1 1 1

  При двоичной записи значения разрядов равны 1, 2, 4, 8... Это означает, что единица в правом столбце изображает 1, единица во втором столбце изображает 2, в третьем столбце — 4 и т. д. Нетрудно видеть, что кодовая группа из п импульсов может изображать 2n уровней квантования. Например, при 32 уровнях требуется пять двоичных импульсов, при 128 — семь импульсов и т. д. Рассмотренный выше двоичный код является лишь одним из множества возможных способов кодирования двоичными импульсами. Кодирование можно осуществлять и импульсами с большим числом уровней. Например, можно воспользоваться импульсами тремя возможными уровнями (основание 3 или троичный код) или с четырьмя уровнями (основание 4 или четверичный код) и т. д. Вопросы, связанные с детектированием импульсов при передаче сигналов двоичным или любым другим кодом (произвольное m), рассматриваются в следующих главах. Здесь достаточно только указать, что если код состоит из п импульсов, каждый из которых может принимать т возможных значений (основание т), то такой код может изображать mn уровней квантования. Другими словами, п импульсов с т возможными значениями амплитуды могут быть скомбинированы тn различными способами. Практическое применение импульсов с числом уровней больше двух может быть обусловлено, например, стремлением сократить занимаемую полосу частот. Однако с увеличением числа уровней (при больших т) кодовые системы постепенно приобретают те же недостатки, которые присущи и системам без кодирования. Настоящая глава посвящается только двоичному кодированию.

  Амплитудно-импульсная модуляция На практике функции реализовать невозможно, однако с достаточной точностью их можно аппроксимировать узкими импульсами конечной высоты. Такая аппроксимация дает результаты, мало отличающиеся от полученных выше.

  Система с КИМ Кодовая импульсная модуляция (КИМ) представляет собой один из возможных видов импульсной модуляции, который суммирует; в себе все положительные свойства приемов дискретизации, квантования и кодирования. В системах с КИМ аналоговая информация передается в квантованной и кодированной дискретной форме, что позволяет значительно улучшить отношение сигнал/шум на выходе приемника за счет расширения занимаемой полосы частот, причем выигрыш оказывается даже больше, чем в широкополосных системах с частотной модуляцией.

Выполнению каждой лабораторной работы предшествует самостоятельная предварительная подготовка студента путём изучения по литературе необходимых разделов курса, выполнения расчётов, изучения описания лабораторного макета, задания и порядка выполнения соответствующей лабораторной работы. Подготовленный студент должен также отчётливо представлять, что и как он будет делать, и какие результаты ожидаются в каждом из пунктов работы (мысленный эксперимент).

Лабораторная установка одного рабочего места студентов включает в себя собственно лабораторный макет и комплекс типовых измерительных приборов


На главную