double arrow

ЗАДА ЧИ

15.1. Вычислить вероятность ошибки при оптимальных когерентном и не-

когерентном приемах ЧМн сигналов при h2=14 дВ.

О т в е т: Рош.ког= 2.67* 10-7, Рош.нко= 1,75*10 -6

15.2. Определить необходимое отношение сигнал-помеха на входе РУ не-

когерентного приемника ОФМн (метод сравнения фаз) для обеспечения вероятности ошибки Рош.ОФМн=10-6

О т в е т: рвх=11,18 дБ.

15.3. Определить энергетические потери относительного декодера когерентного приемника ОФМн при вероятности ошибки на выходе Рош.ОФМн = 10-5.

О т в е т: g, = 0,29 дБ.

15.4. Вычислить отношение сигнал-помеха на выходе приемника ЧМ сиг-

налов, если мощность помехи на входе Рsвх= 10-6 Вт, спектральная плотность

мощности помехи No=10-15Вт/Гциндекс модуляции mчм=7,5, коэффициент

амплитуды КА=18 дБ, максимальная частота спектра модулирующего сигнала

Fm= 10 кГц.

Ответ: рвых= 54,3 дБ.

Глава 16. ЦИФРОВЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ

НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ

16.1. ПРИНЦИПЫ ЦИФРОВОЙ ПЕРЕДАЧИ

НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ

Передача непрерывных сигналов по дискретному' каналу в виде

последовательности дискретных символов того или другого алфавита получила название цифровой передачи непрерывных сигналов. Для организации цифровой системы передачи непрерывный (аналоговый) сигнал преобразуется в цифровой сигнал с помощью

аналого-цифрового преобразователя (АЦП) на передающей стороне и на приемной стороне осуществляется обратное преобразование цифрового сигнала в непрерывный цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП). Следовательно, в отличие от передачи

аналогового сигнала по непрерывному каналу в состав цифровой системы передачи должны быть включены АЦП и ЦАП (рис. 16.1).

Полученный на выходе АЦП дискретный цифровой сигнал и1 передается по дискретному каналу как всякий дискретный первичный сигнал. Дискретный канал, как обычно (см. ф 1.1), содержит кодер, модулятор, линию связи, демодулятор, декодер; в нем мо-

гут быть также предусмотрены меры повышения помехоустойчивости приема. На приемной стороне из принятого дискретного сигнала uiпр ЦАП восстанавливает (с той или иной точностью) непрерывный сигнал uпр(t) Аналоговые способы передачи сообщений и соответствующих им первичных сигналов, в частности речевых, звукового вещания,

телевидения, в настоящее время достигли очень высокого уровня развития. Однако дальнейшее повышение качества передачи при аналоговых способах практически исчерпано. Именно это обстоятельство

'Рис.16.1. Структурная схема цифровой системы передачи непрерывных сообщений

заставляет на современном этапе развития связи широко переходить к цифровой технике.

Цифровые системы передачи (ЦСП) характеризуются специфическими, отличными от аналовых систем чертами. Основные преимущества этих систем заключаются в следующем.

1. Более высокая помехоустойчивость, что позволяет значительно облегчить требования к переходным влияниям, собствен-.ному шуму и стабильности параметров линий передачи. Как показано в гл. 15, аналоговые виды модуляции могут обеспечить хорошее качество принятого сигнала только при отношении сигнал-помеха на входе демодулятора выше порогового. Дискретные же сигналы можно принимать с хорошим качеством (Рош<(10 -5...10-6) при любом отношении сигнал-помеха на входе демодулятора, даже значительно меньше -единицы. Порога помехоустойчивости при этом не наблюдается.

Наиболее полно преимущества ЦСП проявляется в системах с многократной ретрансляцией (переприемом) вследствие большого ослабления в линии связи (см ф 9.1). Типичные примеры системы, такого типа — кабельные и радиорелейные линии большой протяженности. В них через определенное расстояние ставятся ретрансляторы, обеспечивающие надежную связь. В реальных системах число ретрансляторов может достигать сотен, а иногда и тысяч.

При аналоговой передаче ретрансляторы представляют собой линейные усилители, усиливающие не только принятый сигнал, но и аддитивную помеху. Проходя через цепочки из N обычно идентичных ретрансляторов-усилителей, помеха усиливается в N раз. Происходит эффект накопления помех. Для получения за-.данного качества необходимо обеспечить на входе каждого ре- транслятора отношение сигнал-помеха в N раз больше, чем при,передаче без ретрансляции, т. е. увеличить мощность сигнала в N раз при существующем в линии связи уровне помех.

В цифровых системах для устранения эффекта накопления помех в ретрансляторах переприемных пунктов осуществляется полная регенерация символов дискретных первичных сигналов, т. е. демодуляция с восстановлением переданных кодовых символов и повторная модуляция. При этом 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, т. е. накапливаются ошибки. Но для компенсации увеличения вероятности ошибки в N раз не требуется соответственно повышения мощности сигнала в N раз. В большинстве практических случаев достаточно только в 1,5...2 раза (см. пример 16.1). Кроме того, применяя корректирующие коды, можно добиться исправления ошибок и без повышения мощности сигнала.

Пример 16.1. При приеме двоичных сигналов с ЧМн из-за различных факторов (увеличение уровня шума, накопление ошибок в регенераторах и др.) вероятность ошибки, на выходе оптимального некогерентного демодулятора увеличилась в 100 раз (с Poш1= 10-6 до Poш2=10-4). Определить, на сколько надо повысить мощность сигнала, чтобы скомпенсировать это ухудшение качества.

Чтобы обеспечить Poш1=10-6 при оптимальном некогерентном приеме двоичных ЧМн сигналов согласно формуле табл. 15.3 P =0,5ехр(-h2/2), необходимо иметь отношение сигнал-помеха h21= — 21n2 Poш1=2*ln 10-6=29,02. При Рош= 10-4 по той же формуле h22 =17,03, т. е. для получення прежнего качества (Poш1= 10-6) достаточно поднять отношение сигнал-помеха и, соответственно, мощность (энергию) сигнала в h21,/ h22 = 29,02/17,03=1,7 раза.

2. В аппаратуре ЦСП имеется возможность широкого использования современной элементной базы цифровой вычислительной техники и микропроцессоров. Тенденция к освоению все более

сложных структур в виде микросхем приводит к тому, что аппаратура ЦСП в большинстве случаев является более простой, чем аппаратура аналоговых систем передачи, особенно в многоканальной электросвязи с частотным разделением каналов. Так, в настоящее время уже выпускаются АЦП и ЦАП в виде отдельных микросхем. Приспособленность ЦСП к микроминиатюризации позволяет обеспечить высокую надежность аппаратуры, снизить ее

габаритные размеры, массу, а также производственные и эксплуатационные расходы.

3. С внедрением ЦСП появились условия для объединения различных видов связи на цифровой основе (передача данных, речь, телевидение и др.) и интеграции аппаратуры систем передачи и систем коммутации. Простота сочленения цифрового канала с ЭВМ позволяет существенно расширить область использования вычислительной техники при построении аппаратуры связи и автоматических систем управления сетями и ускорить тем

самым решение задачи построения МАСС страны. Основным недостатком ЦСП является более широкая полоса частот, чем в большинстве аналоговых систем. Однако именно эта особенность ЦСП позволяет использовать линейные тракты низкого качества (с малым переходным ослаблением, большим коэффициентом отражения и т. д.), так как полоса передаваемых

частот выгодным образом обменивается на отношение сигнал-помеха.

Типичными примерами ЦСП непрерывных сообщений являются системы с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) и дельтамодуляцией (ДМ) с их модификациями, которых в настоящее

время.насчитывается несколько десятков (особенно ДМ).

16.2. ИМПУЛЬСНО-КОДОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ

И ЕЕ ОСОБЕННОСТИ

Аналого-цифровое преобразование при ИКМ.

' Принципы аналого-цифрового преобразования на основе ИКМ были предложены в 1940 г. французским инженером А. Ривсом.В ИКМ аналоговый первичный сигнал подвергается преобразованию в цифровую форму с помощью трех операций: дискретизации во времени, квантования по амплитуде (уровню) и кодирования. Таким образом, АЦП ИКМ должен содержать дискретизатор, квантователь и кодирующее устройство (рис. 16.2). Работа этой схемы иллюстрируется графиками рис. 16.3.

Рис. 16.2 Аналого-цифровой преобразователь ИКМ

Рис. 16.3. Временные диаграммы преобразования непрерывного сигнала в цифровой сигнал ИКМ:а-дискретизация; б-квантование; в- цифровой сигнал; г- погрешность квантования.

Процесс дискретизации непрерывного сигнала сводится к определению его отсчетов u(kд) через интервал времени Тд (рис.16.3,а) и подробно рассматривался в § 2.4. Для взятия отсчетов

можно использовать электронный ключ, который через интервал Тдзамыкается на короткое время. В соответствии с теоремой Котельникова частота дискретизации fд=l/Tддолжна быть не менее чем вдвое больше максимальной частоты спектра непрерывного сигнала. Так, для речевого сигнала со спектром 0,3... 3,4 кГц выбрана частота fД=8 кГц.

В квантователе устанавливаются уровни, разрешенные для передачи. Разницу между двумя ближайшими уровнями называют шагом квантования ΔiЕсли шаги квантования одинаковы и не

зависят от уровня квантования (рис. 16.3,6), то квантование является равномерным. При различных шагах Δi≠const получается неравномерное квантование. При квантовании отсчеты непрерывного сигнала u(kТд) попадающие в интервал между разрешенными уровнями, округляются до ближайшего разрешенного уровня. На рис. 16.3,6 квантованные отсчеты uД(ATД) отмечены крестиками. Из-за округления в процессе квантования возникает погрешность

ε(kТд)=uкв(kТд)-u(kТд), (16.1)

поскольку квантованное значение отсчета uкв(kТд)отличается отистинного u(kTД). Эта погрешность является специфической помехой любого АЦП и называется шумом квантования. Шум квантования ε(kТд) представляет собой случайную последовательность импульсов (рис. 16.3,г), максимальное значение которых не превышает половины шага квантования.

Квантованный сигнал уже, в принципе, можно считать кодовым основанием кода m, равным числу разрешенных уровней квантования. Однако многоуровневые сигналы весьма неудобны

для передачи, так как приемник должен уверенно различать все разрешенные уровни. Кроме того, такие сигналы трудно регенерировать при воздействии помех, поэтому в системах ИКМ обычно используют двоичный код. Кодер АЦП преобразует квантованные отсчеты в кодовые комбинации, обозначающие соответствующие уровни (рис. 16.3,в). Чаще всего кодирование сводится к записи номера уровня в двоичной

системе счисления. Это будет так называемый

натуральный двоичный код. В

системах связи с ИКМ применяются и

другие двоичные коды (напри-

Рис. 16.4. Таблицы двоичных кодов,

используемых в ИКМ:


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: