Задача №1.

1.1 Нарисовать упрощенную структурную схему 3-х канальной системы передачи с временным разделением каналов (ВРК).

Рисунок 1. Структурная схема 3-х канальной системы передачи с ВРК.

1.2 Принцип работы.

В передающей части аппаратуры связи:

На вход (через фильтры НЧ) поступают индивидуальные непрерывные сигналы С₁(t), С₂(t), С₃(t), где ограничиваются частотой F_в.

Далее сигналы поступают на электронные ключи (ЭК), где осуществляется дискретизация соответствующих непрерывных сигналов С₁(t), С₂(t), С₃(t).

В свою очередь ЭК периодически с частотой дискретизации F_д подключают входное напряжение к нагрузке на определенное время τ_и.

Управление ЭК осуществляет РКИ по средствам подачи управляющих прямоугольных импульсов, сдвинутых по времени относительно друг друга на время Δt .

В сумматоре происходит объединение дискретных сигналов (поступают по 3 каналам) и импульсов цикловой синхронизации (вырабатываются ФИЦС).

В приёмной части аппаратуры связи:

ПЦС выделяет импульсы цикловой синхронизации, которые управляют работой РКИ, который отправляет сигналы на ЭК соответствующих каналов (происходит временная выборка переданных сигналов соответствующих каналов С₁(t), С₂(t), С₃(t) из группового сигнала).

В фильтрах НЧ, соответствующих каналов, восстанавливаются непрерывные сигналы из их дискретных отсчетов.

1.3 Рассчитать частоту дискретизации F_д при заданном спектре частот непрерывного сигнала. Обосновать выбор величины частоты дискретизации.

Дано:

спектр частот непрерывного сигнала, кГц …………….…… 0,05 – 1000

Решение:

Согласно теоремы Котельникова F_д > 2F_в, получаем:

F_д > 2000 кГц,

с учетом того, что для телефонного сигнала стандартная частота дискретизации принимается кратной 8 кГц – в нашем случае получаем:

F_д = 2008 кГц

Таким образом частота дискретизации F_д = 2008 кГц с переходной полосой для фильтров НЧ Δƒ_пп = F_д – 2F_в = 2008-2000 = 8 кГц.

1.4 Рассчитать интервал времени между ближайшими импульсами соседних каналов (канальных интервалов Т_к), при заданном количестве каналов определить частоту следования импульсов группового сигнала.

Дано:

спектр частот непрерывного сигнала, кГц ……………..…… 0,05-1000

число каналов …………………….……………………………… 4

Решение:

Определим пределы параметров:

при количестве каналов N = 4,

период дискретизации

Т_д < 1 : 2F_в,

Т_д = (1 : F_д) = 1/2008 ≈ 0,498 ∙ 10^-3 мкс

После определения периода дискретизации в групповой сигнал добавляется импульс, отличающийся по длительности от импульса канальных импульсов, в этом случае временной интервал следования импульсов в групповом сигнале вычисляется выражением:

Δt = Т_д /(N+1) = (0,498 ∙ 10^-3 )/5 = 0,099 ∙ 10^-3 мкс, и соответственно

Частота следования импульсов в групповом сигнале:

F_си= 1/0,99 · 10⁹ ≈ 10,01 МГц.

5. Рассчитать тактовую частоту цифрового сигнала, если групповой АИМ сигнал кодируется методом ИКМ при условии:

Дано:

спектр частот непрерывного сигнала, кГц …………..…… 0,05 - 1000

число каналов …………………….……………………………… 4

количество разрядов в кодовой группе m ……………………... 10

Вычисленные ранее величины:

частота дискретизации F_д, кГц …………………………………. 2008

Кодирования методом ИКМ выполняется в три этапа.

1) дискретизация сигналов по времени (получение сигнала АИМ);

2) квантование полученных импульсов по амплитуде;

3) кодирование квантованных по амплитуде импульсов

Тактовая частота или частота следования импульсов группового цифрового сигнала определяется по формуле:

ƒ_т = F_дNm = 2008·4·10 = 80,32 МГц

Задача № 2

Рассчитать для заданных отсчетов группового АИМ сигнала:

1. Число уровней квантования – М_расч. для двух заданных значений шага квантования Δ при равномерном (линейном) законе квантования.

Канальный интервал Т_к, мкс ……………………………….…… 6

Тип двоичного кодирования ………………………..…. симметричный

Дискретные отсчеты ……………………………...…5; 0,8; -1,3; -4,6

Шаг квантования по уровню ……………………………… 1,0; 0,5

Исходя из предложенных данных воспользуемся известной формулой:

М_расч.1 = 1 + |U_max|/Δ₁ =1 + 5/1 = 6

М_расч.2 = 1 + |U_max|/Δ₂ =1 + 5/0,5 = 11

2. Ошибку квантования ξ(t) определим для двух случаев Δ.

Таблица 1. Результаты отсчетов (ошибок)

отсчет	Δ1=1,0	Δ2=0,5
5	0	0
0,8	-0,2	-0,2
-1,3	-0,3	0,2
-4,6	0,4	-0,1

3. Число импульсов в кодовой группе m, обеспечивающее кодирование расчетного числа уровней квантования М_расч., а также максимально возможное число уровней квантования М_max для этой кодовой группы при заданных шагах квантования.

Основываясь на результат п.1 получаем:

для Δ₁ – М_расч.1 = 6 и требуется m=3 импульса в кодовой группе

для Δ₂ – М_расч.2 = 11 и требуется m=4 импульса в кодовой группе

Учитывая способ кодирования количество импульсов в кодовой группе увеличивается на 1 с целью обозначения полярности квантуемого сигнала.

Запишем кодовые таблицы:

Таблица 2. Кодовые таблицы симметричных двоичных кодов

	23	22	21	20						24	23	22	21	20
-6									-11
-5									-10
-4									-9
-3									-8
-2									-7
-1									-6
-0									-5
+0									-4
+1									-3
+2									-2
+3									-1
+4									-0
+5									+0
+6									+1
									+2
									+3
									+4
									+5
									+6
									+7
									+8
									+9
									+10
									+11

4. Рассчитать тактовую частоту системы ИКМ ƒ_T при заданном канальном интервале и рассчитанном числе импульсов в кодовой группе.

ƒ_T1 = 1 / Т_Т = m₁ / Т_к = 3/6 · 10⁶= 0,5 МГц

ƒ_T2 = 1 / Т_Т = m₂ / Т_к = 4/6 · 10⁶ = 0,66 МГц

Задача № 3

1. Начертить структурную схему нелинейного кодера. Кратко пояснить три этапа кодирования и назначение всех узлов кодера.

Рисунок 2. Структурная схема нелинейного кодера.

Принцип действия нелинейного кодера выполнен из соображений трёх этапов кодирования и состоит из 8 тактов:

Первый этап (1 такт) – определяется и кодируется полярность входного сигнала.

Второй этап (2, 3, 4 такты) – определяется и кодируется номер сегмента узла, в котором заключен кодируемый отсчет.

Третий этап (5, 6, 7, 8 такты) – определяется и кодируется номер уровня квантования сегмента, в зоне которого заключена амплитуда кодированного сигнала.

Назначение элементов схемы:

Генератор эталонов ГТЭ1,2 формирует полярность и величины эталонов токов.

Компаратор определяет знак разности между амплитудами токов кодируемого отсчета и эталона.

Цифровой регистр служит для записи решений компаратора после каждого такта кодирования и формирования структуры кодовой группы.

БКЭ производит переключение эталонных токов.

Работой узлов кодера управляют устройства генераторного оборудования системы передачи.

2. Выполнить операцию нелинейного кодирования. Рассчитать ошибку квантования. Результат занести в таблицу.

Поясним работу нелинейного кодера на нашем примере. На вход декодера поступает сигнал АИМ с амплитудой I_АИМ = +61,9.

1 этап: определение полярности сигнала.

В исходном состоянии выходы ЦР с 1 по 8 находятся в состоянии 0, ГЭТ₁ и ГЭТ₂ отключены и I_э = 0. Кодируемый отсчет I_с подается на вход 1 компаратора. В момент, предшествующий первому такту, 1 вход ЦР переводится в состояние 1, чем включается ГЭТ₁ (+). I_э = 0, а I_с > 0, поэтому на выходе компаратора в первом такте будет сформирован 0 и состояние 1 первого ЦР не изменится, будучи равной 1.

2 этап: определение и кодирование сегмента, в котором находится уровень амплитуды отсчета.

Такт 2: в состояние 1 переводится второй выход ЦР и на вход 2 компаратора подается ток I_э4 = 128 уе. Поскольку I_с < I_э4, во втором такте кодирования будет сформирована 1 и состояние 1 второго входа ЦР изменится на 0.

Такт 3: эталон 128 уе снимается и в состояние 1 переводится третий выход ЦР, в результате чего на вход 2 компаратора подается I_э2 = 32 уе. Поскольку I_с > I_э2, в третьем такте кодирования будет сформирован 0 и состояние третьего выхода ЦР останется 1.

Такт 4: эталон 32 уе снимается и в состояние 1 переводится четвертый выход ЦР, в результате чего на вход 3 компаратора подается I_э3 = 64 уе. Поскольку I_с < I_э3, в четвертом такте кодирования будет сформирована 1 и состояние четвертого выхода ЦР изменится на 0.

3 Этап: определение и кодирование номера уровня квантования сегмента, в пределах которого находится амплитуда отсчета.

Такт 5: в состояние 1 переводится пятый вход ЦР и к эталонному току 32 уе добавляется эталонный ток 16 уе – результирующий ток на входе 2 компаратора составит 48 уе. Поскольку I_с > I_эт, в пятом такте на выходе компаратора будет сформирован 0 и состояние 1 пятого входа ЦР останется 1.

Такт 6: в состояние 1 переводится шестой вход ЦР и к эталонному току 48 уе добавляется эталонный ток 8 уе – результирующий ток на входе 2 компаратора составит 56 уе. Поскольку I_с > I_эт, в шестом такте на выходе компаратора будет сформирован 0 и состояние 1 шестого входа ЦР останется 1.

Такт 7: в состояние 1 переводится седьмой вход ЦР и к эталонному току 56 уе добавляется эталонный ток 4 уе – результирующий ток на входе 2 компаратора составит 60 уе. Поскольку I_с > I_эт, в седьмом такте на выходе компаратора будет сформирован 0 и состояние 1 седьмого входа ЦР останется 1.

Такт 8: в состояние 1 переводится восьмой вход ЦР и к эталонному току 60 уе добавляется эталонный ток 2 уе – результирующий ток на входе 2 компаратора составит 62 уе. Поскольку I_с < I_эт, в восьмом такте на выходе компаратора будет сформирована 1 и состояние 1 восьмого входа ЦР изменится на 0.

По окончании 8 тактов на выходе кодера сформируется комбинация симметричного двоичного кода 10101110 или 60 уе, в этом случае ошибка квантования составит 1,9 уе.

Таблица 3. Результаты кодирования сигнала.

	полярность сигнала	выбор основного эталонного тока				Вкл.		дополнительные эталонные токи,
разряды кодирования	1	2	3	4			5			6	7	8
I эт.	0	128	32	64	32		48			56	60	62
I АИМ. - ∑ I эт.	61,9>0	61,9-128	61,9-32	61,9-64			61,9-48			61,9-56	61,9-60	61,9-62
состояние выхода компаратора	0	1	0	1			0			0	0	1
запись решения в ЦР	1	0	1	0			1			1	1	0
Шаг квантования													-2
ошибка квантования													1,9
	1 этап	2 этап							3 этап

Задача № 4

1. Начертить структурную схему нелинейного декодера. Кратко пояснить три этапа декодирования и назначение всех узлов декодера. Указать назначение эталона коррекции.

Рисунок 3. Структурная схема нелинейного декодера.

Принцип действия нелинейного декодера выполнен по трём этапам кодирования:

Первый этап – по первому символу, записанному в 1-м разряде, выбирается ГЭТ (+) или (-). Если записана «1», то выбирается ГЭТ₁, если записан «0» - выбирается ГЭТ₂;

Второй этап – по кодовой комбинации, записанной в 2, 3, 4 разрядах, выбирается основной эталонный ток;

Третий этап – из четырех дополнительных эталонов данного основного эталона тока выбираются те, в чьих разрядах записаны «еденицы»;

В конце добавляется эталон коррекции, равный половине шага квантования данного сегмента.

Назначение элементов схемы:

Цифровой регистр принимает восьмиразрядную кодовую группу ИКМ сигнала.

ГЭТ1,2 формируют положительные и отрицательные эталоны тока.

Блок ЭЛ предназначен для определения номера сегмента и уровня квантования на характеристике экспандирования.

Для уменьшения искажений при декодировании используется 12 коррекционный эталон, который равен значению 0,5шага квантования сегмента