Дискретизация сигнала по времени

Последовательность основных операций преобразования, производимых над сигналом в ЦСП м. б. описана такой схемой:

Где блок 1 – дискретизатор, 2 – квантующее устройство, 3 – кодер, 4 – канал передачи, 5 – декодер, 6 – блок восстановления непрерывного сигнала.

Осциллограммы показаны на рисунке 2:

Дискретизатор 1 построен по схеме перемножителя исходного сигнала a(t) с некоторой импульсной последовательностью . Дискретизированный по времени сигнал показан на рисунке – г). Блок восстановления 6 показывает преобразование дискретного сигнала в непрерывный , который должен мало отличаться от исходного . Определим параметры блоков 1 и 6, при которых это условие выполняется.

Полагаем, что представляет собой периодич. послед-ть с постоянными параметрами: амплитудой А, длительностью τ и периодом . Тогда Ud(t) выразим: . Дискретизированный сигнал равен: Если полагать известным спектр входного сигнала, то применяя преобразование Фурье к , получаем спектр дискретизированного сигнала Т.е. в виде суммы спектра исходного сигнала с «весом» U0 и пары боковых спектров относительно k-й гармоники частоты дискретизации с «весом» Uk; k=1,2…

При идеальной дискретизации сигнала последовательностью δ – импульсов получим:.

Пропустив дискретизированный сигнал через ФНЧ, можно выделить без искажений спектр исходного сигнала, т.е. осуществить безискаженное восстановление аналогового непрерывного сигнала по последовательности его дискретных отсчетов.

На практике для дальнейших преобразований используется не последовательность идеальных выборок, а сигнал , где каждая выборка запоминается на время τ. Сигнал такого вида называется амплитудно-импульсной модуляцией 2-го рода (АИМ-2). Сигнал АИМ-2 можно представить как результат свертки сигнала с одиночным прямоугольным импульсом . Спектр сигнала АИМ-2 имеет частотные искажения, для устранения которых после ФНЧ включают частотный корректор.

24. Квантование сигнала. Алгоритмы квантования

Дискретизация по уровню(квантование по уровню) обеспечивает переход от множества возможных значений, которые может принимать сигнал, к ограниченному. Такой переход обеспечивает нелинейное устройство – квантователь. При передачи однополярных сигналов, динамическая характеристика квантователя имеет вид как на рисунке 1а. При изменении входного сигнала а(t) в интервале времени t1+t7 (рис. 1б) он примет бесконечное число возможных значений. Сигнал на выходе квантователя может принимать только дискретное множество разрешенных значений(рис. 1в). Т.е. чем больше число разрешенных уровней и меньше шаг квантования , тем меньше отличается квантованный сигнал от исходного а(t).

Возможны два варианта алгоритма квантования. Для первого применяется правило: (рис. 2а). Для второго: . Величина называется ошибкой квантования. Для второго алгоритма ошибка квантования меньше, поэтому он предпочтительнее. С точки зрения технической реализации первый алгоритм проще.

В зависимости от выбора уровней и интервалов квантования бывают квантователи с равномерной(рис. 3а) и неравномерной(рис. 3б) шкалой квантования. В первом случае интервал квантования между соседними уровнями всегда одинаков, во втором случае он различен. Использование квантующей характеристики всегда приводит к искажениям сигнала на выходе системы. Это неустранимые искажения.

25. ВРК. Временное объединение аналоговых сигналов и цифровых потоков

При временном уплотнении сигналов их передача осуществляется дискрет­но во времени. При этом между соседними дискретами одного сигнала всегда имеются «временные окна», в которых нет передачи этого сигнала. Эти «окна» и заполняются дискретами других сигналов. В зависимости от того, в какой форме представлен дискрет каждого сигнала, возможны два вида временного уплотнения:

а) уплотнение сигналов в аналого-импульсной форме;

б) уплотнение сигналов в цифровой форме.

25.1 В случае уплотнения сигналов в аналого-импульсной форме (рис. 12.15) каждый из сигналов многоканальной систе­мы (рис. 12.16, а, в) предварительно преобразуется из аналоговой формы в сигнал АИМ-1 или АИМ-2. Форми­рование АИМ-сигналов производится с помощью дискретизаторов 1₁—1_n. Дискреты сигналов не совпадают во времени (рис 12.16 б,г) и их можно непосред­ственно объединить в групповой сигнал с помощью линейного сумматора 2 (рис. 12.16, д). Формирование сдвинутых во времени последовательностей импуль­сов осуществляется с помощью генераторного оборудования (ГО) 3. Оно же с помощью передающего устройства синхросигналов 4 формирует специальный сигнал синхронизации, который объединяется с выборками информационных сигналов (рис. 12.16, д).

На приемной стороне (рис. 12.17) дискретизаторы 1₁—1_n осуществляют выделение из группового сигнала выборок только «сво­их» каналов. После канального фильтра 3_і , і = 1,..., п происходит восстановление не­прерывного сигнала из дискретизированного . Приемник синхросигнала 2 из группового сигнала выделяет сигнал синхронизации И подает его на гене­раторное оборудование приема 4.

Вариант временного уплотнения сигналов в амплитудно-импульсной форме применяется в первичных ЦСП типа ИКМ-30. Цикл передачи в этих системах поясняется на рис. 12.18.

Период цикла Тц =периоду дискретизации телефонного сигнала Tд=125 мкс (т.к. Fд=8кГц). В интервале Тц последовательно передаются в цифровом двоичном коде выборки 30 телефонных сигналов и 2 служебных цифровых сигнала: цикловой синхронизации ЦС и сигналов управления и взаимодействия для АТС (СУВ). Каждая выборка передается в своем КИ, имеет длительность кодовой комбинации и состоит из m разрядов. Длительность разряда - . При m=8 получим .

КИ, нумеруемые 0,1..31, используются следующим образом: КИ0 — для передачи сигнала ЦС, КИ16 — СУВ, КИ1 КИ15 и КИ17 + КИ31 — для передачи соответственно 1 —15-го и 16—31-го телефонных сигналов.

Одним из основных недостатков рассмотренного варианта временного уплотнения является то, что затрудняется объединение с аналоговыми сигналами, частота дискрети­зации которых существенно отличается от «стандартной» Fд=8кГц. Этот недостаток может быть устранен за счет некоторой перестройки ти­повой структурной схемы (см. рис. 12.15), как показано на рис. 12.19, а. Здесь широкополосный сигнал, например, звукового вещания а_зв(t) с помощью ФНЧ 5 ограничивается по спектру до частоты и дискретизируется с частотой дискретизации = 32 кГц. Дискретизация осуществляется с помощью 4 «стандартных» дискретизаторов, соответствующих 1, 9, 17 и 25-му телефонным сигна­лам, которые в данном случае от­ключаются от системы передачи. Временной сдвиг сигналов ком­мутации этих дискретизаторов (рис. 12.19, б) обеспечивается ГО 3. Объединенные выборки с этих дискретизаторов, следующие с частотой , затем складываются с выборками теле­фонных сигналов в сумматоре 2.

Предположим, что на оконечный пункт первичной ЦСП приходит стандартный абонентский цифровой сигнал с тактовой частотой = 64 кГц, при этом Fд=8кГц и m=8 (рис. 12.20, а). Такой сигнал в блоке бу­ферной памяти (БП) преобразуется из последовательного кода в параллельный, а затем поразрядно с тактовой частотой =2048 кГц считывается в течение со­ответствующего КИ Т_к (рис. 12.20, б).

Структурная схема объединения-разде­ления цифровых и анало­говых сигналов приведена на рис. 12.21. 3десь, кроме ЦТА_і- и блока БП_і- для і-го абонента, приведены ана­логовые телефонные ап­параты (ТА) 2 для абонен­тов под номерами 1,.. к и j, которые формирует соответственно аналого­вые сигналы а₁..., а_к и а_j. Сигналы а₁..., а_к преобразуются в цифровую форму с по­мощью группового кодера (ГК) 4.

Канальный кодер (КК) 5 формирует j-й цифровой сигнал в j-м КИ, а на выходе БП,- имеем ЦС_і в КИ_і. Все эти цифровые сигналы имеют одинаковую тактовую частоту, размещены в соответствующих непересекающихся канальных интервалах (за счет ГО пере­дачи 7), поэтому их объединение осуществляется с помощью схе­мы ИЛИ6, на выходе которой имеем стандартный первичный цифровой сигнал (ПЦС). На приемной стороне с помощью ГО приема 14 и схем совпадения И8 ÷ И10 производится выделение цифровых сигналов в соответствующих КИ, а далее их преобразование ведется в обратном поряд­ке. Сигнал ЦС_і (рис. 12.20, б) с помощью блока буферной памяти БП 11 преобразуется в стандартный цифровой абонентский сигнал (рис. 12.20, а). Сигнал ЦС_і с помощью канального декодера (КДК) 13 преобразуется в анало­говый а_j. С помощью группового декодера (ГДК) 12 из цифрового группового сигнала, формируются аналоговые а₁..., а_к.

25.2 Временное уплотнение сигналов в цифровой форме отличается тем, что объедине­ние и разделение производится с двухуровневыми цифровыми сигналами (рис. 12.22). Здесь входные цифровые потоки, имеющие тактовую скорость , объединяются в устройстве объединения (УО) в один суммарный цифровой по­ток, который имеет тактовую скорость, в Мраз превышающую . На при­емной стороне этот поток разделяется устройством разделения (УР) на М пер­вичных (исходных) потоков.

Различают два варианта объединения цифровых потоков: синхронное и асинхронное.

Есть несколько способов объединения: 1) посимвольное, 2) поканальное, 3) посистемное.

Рассмотрим сначала посимвольное синхронное объединение (рис. 12.23). Принцип работы устройства объединения поясняется с помощью рис. 12.24.

Здесь каждый из исходных цифровых потоков ЦП_і , і = 1,..., М (рис. 12.24, а, 12.24, б), поступает на соответствующую схему И_і, на второй вход которой по­дается последовательность импульсов той же частоты , но длитель­ностью τ < Т_Т/М. Последовательности , сдвинуты друг относительно друга на интервал и не пересекаются во времени (рис. 12.24, в, г). На выходе схемы И_i получаем цифровой поток той же частоты, но с укоро­ченными по времени символами, а на выходе схемы ИЛИ («1») — суммарный поток (ЦП_∑), у которого на каждом интервале размещается М символов (по одному из каждого исходного ЦП, р.12.24 д).

В Европе принята следующая иерархия цифровых систем: четыре первич­ные цифровые системы объединяются в одну вторичную (ВЦСП); четыре вто­ричные в одну третичную (ТЦСП); четыре третичные в одну четверичную (ЧЦСП); четыре четверичные в одну пятиричную (ПТЦСП). Как уже говори­лось, ПЦСП типа ИКМ-30 обеспечивает передачу 30 телефонных сигналов. Тогда соответственно ВЦСП обеспечивает передачу 120 сигналов, ТЦСП — 480, ЧЦСП — 1920 и ПТЦСП — 7680 сигналов.

Для разделения суммарного ЦП на исходные необходимо ввести в его сос­тав сигнал синхронизации (СС). Если СС вводить после каждой группы по М информационных символов (см. рис. 12.24, д), то эффективность суммарного ЦП будет равна Э_∑=М/(М+С), где С — число синхросимволов. Чтобы су­щественно повысить информационную эффективность суммарного потока, ис­пользуют дополнительную ступень преобразования (рис. 12.25).

Здесь суммар­ный поток, полученный путем синхронного объединения и имеющий скорость ) поступает в блок буферной памяти 2. Считывание цифровой информа­ции из памяти производится с частотой , врезультате блок цифро­вых символов объемом K*М бит (К — целое число) передается за меньшее вре­мя (см. рис 12.26, а, б). В освободившееся временное окно вставляется группа синхросигнала, содержащая q символов, следующих с той же частотой считы­вания (рис. 12.26, в). На выходе схемы ИЛИ 3 (см. рис. 12.25) получаем полный цифровой поток, содержащий как информационные, так и синхрони­зирующие символы (кроме СС в блок импульсов на рис. 12.26, в включают так­же ряд других служебных символов).

На практике вместо одной буферной памяти емкостью КМ бит удобнее ис­пользовать для каждого первичного потока свой индивидуальный блок памяти емкостью К бит (рис. 12.27). При этом блоки БП₁ ÷ БП_М работают синхронно С частотой считыва­ния, равной , и на их выходах образуются синхронные цифровые потоки вида рис. 12.26, б при условии, что М = 1. Временное «окно» в каждом считан­ном потоке рассчитано на q/М бит, причем во всех первичных потоках эти не­занятые позиции совпадают во времени. Посимвольное объединение пре­образованных первичных потоков осуществляется с помощью схем И, ИЛИ. Группойвой поток ЦП_∑ на выходе УО в схеме рис. 12.27 равен сумме двух сигналов, изображенных на рис. 12.26, а, б.

Объединение асинхронных цифровых потоков предусматривает две ступе­ни. На первой каждый из исходных ЦП_i, i = 1,..., М, поступает на свой блок буферной памяти БП, (рис. 12.28), при этом на выходах блоков получаем синхронные потоки с Одинаковой тактовой частотой . На второй ступени осуществляется типовое объединение полученных потоков с помощью блока синхронного объединения (БСО). При выполнении БСО по схеме рис. 12.27 удобно объединить индивидуальные блоки памяти, используемые для каждого ЦП_i на первой и второй ступенях преобразования, и тогда приходим к обоб­щенной схеме устройства временного объединения (рис. 12.29).

БАС_ПД - блок асинхронного согласования, формирует ЦП с частотой

УО – в устройстве объединения синхронные преобразованные потоки посимвольно объединяются и формируют вторичный ЦП с тактовой частотой следования

УР - в устройстве разделения ЦП_∑ делится на М синхронных первичных преобразованных пото­ков

ГО_пр - генераторное оборудование приема синхронизируется по тактовой час­тоте и частоте следования синхросигнала СС с помощью приемника син­хросигнала (ПрСС) и выделителя тактовой частоты ВТЧ, входящего в состав ГО_пр.

26.Стандарты плезиохронной иерархии. Группообразование с двухсторонним согласованием скоростей

Построение цикла вторичного цифрового сигнала, получаем путем временного асинхронного объединения четырех первичных цифровых сигналов с использованием двухстороннего согласования скоростей (рис1).

В нормальном режиме в блок асинхронного согласование входит 356 информационных символов(рис1а). Для уменьшения объема памяти БАС цикловой сигнал преобразованного потока на выходе БАС формируется в виде последовательных 4 подциклов (Гр1-Гр4). Каждая группа (рис1б) включает 66 импульсных позиций(ИП). Первые две ИП в первой группе (рис1в) пустые, они отведены для формирования циклового синхросигнала (ЦСС). Остальные позиции – заняты информационными символами.

Более детальную процедуру согласования скоростей можно пояснить, опираясь на структурную схему БАС на стороне передачи(рис2) и приема (рис3).

На стороне передачи для принятия решения о типе согласования скоростей постоянно контролируется временной интервал между импульсами записи и импульсами считывания следующего с вых1 генератора . Импульси поступают на вход временного детектора(ВД). После ВД сигнал поступает на передатчик КСС(ПрКСС). ПрКСС формирует сигналы коррекции. В случае положительного согласования скоростей формируется сигнал запрета НЕТ. В другом случае(-) формируется импульс 1, который проходит через ИЛИ1 и осуществляется дополнительное считывание из БП на этой позиции. Затем преобразованные сигналы с выхода БП объединяются с сигналами согласования скоростей в схеме , формируется цифровой поток .

На стороне приема вторичный цифровой сигнал с помощью выделителя тактовой частоты ВТЧ, приемника цифрового синхросигнала ПрЦСС, синхронизируемого ГО приема и 4-х схем И посимвольно разделяется на 4 синхронных цифровых потоков . С помощью поток очищается от служебных символов и поступает на БП. Одновременно исходный поток поступает в приемник команд согласования скоростей (ПрКСС), где происходит выделение КСС, их декодирование и анализ. При положительном согласовании скоростей(сс) ПрКСС формирует сигнал. В другом случае ПрКСС формирует импульс, который через дает разрешение по входу 2 на запись информации в БП. Одновременно через и пропускается дополнительный информационный символ. ГО содержит генератор управляемый напряжением(ГУН), фазовый детектор(ФД) и ФНЧ.

Временное группообразование третичного(рис4) и четвертичного(рис5) цифровых сигналов при двухстороннем согласовании скоростей выполняется по структурной схеме (рис2 и рис3), отличие состоит в организации цикла передачи.

Поиск по сайту: