Импульсно-кодовая модуляция

РИС ИКМ

Операции ИКМ:

1. Дискретизация по времени (осуществляется по теореме Котельникова)

2. Квантование по уровню (по амплитуде). Квантование – преобразование значений амплитуд дискретных сигналов в номер разрешенного уровня квантования.

- разность между соседними разрешенными уровнями квантования.

Если значение амплитуды отсчета в пределах 2ух соседних уровней квантования больше половины шага квантования, то округление производится в большую сторону, и наоборот.

Для речевого сигнала выбирается 256 уровней квантования.

Ошибка (шум) квантования – разность между истинным значением АИМ сигнала и его квантованным значением.

3. Кодирование. Номера уровней квантования переводятся в 2ичную систему счисления, и таким образом получается оцифрованный сигнал.

В ЦСП для кодирования 2ухполярных сигналов используют симметричный 2ичный код. В этом коде старший разряд кодовой группы определяет полярность кодируемого отсчета.

1 – «+»

0 – «–»

Разрядность кодовой группы – количество знаков в группе – при известном количестве уровней квантования определяется:

Равномерное квантование

Равномерным (линейным) называется квантование, если шаг квантования остается постоянным в допустимых пределах возможных значений.

РИС амплит. Хар-ка

Амплитудная характеристика имеет 2 характерных участка:

1. Зона квантования

2. Зона ограничения

Если входной АИМ сигнал удовлетворяет условию , то он попадает в зону квантования. Если это условие не выполняется, то сигнал попадает в зону ограничения. В результате произойдет ограничение максимального значения сигнала и ему будет присвоено значение .

Ограничение мгновенных значений сигнала приводит к появлению шумов ограничения.

Обычно уровень сигнала на входе канала ИКМ выбирается так, чтобы вероятность превышения была достаточно малой. Поэтому определяющими в системах ИКМ являются шумы квантования.

Средняя мощность шума квантования равна

Максимальное число уровней шума квантования:

Недостатки равномерного квантования:

1. Большое количество уровней квантования.

2. Относительная ошибка шума квантования велика для слабых сигналов и уменьшается с возрастанием уровня сигнала

Устранить недостатки равномерного квантования можно, используя неравномерное квантование.

Неравномерное квантование

Неравномерным (нелинейным) называется квантование, если шаг квантования изменяется в допустимых пределах амплитудных значений, возрастая с увеличением уровня сигнала.

Относительная ошибка шума квантования будет практически постоянна на всем диапазоне изменения входного сигнала

Неравномерное квантование позволяет сократить число шагов квантования.

Для обеспечения требуемого качества при равномерном квантовании необходимо , что соответствует разрядности кодовой группы , а при неравномерном квантовании необходимо , . Следовательно, существенно упрощается аппаратура.

Линейные кодеки

Кодер – устройство, преобразующее амплитудные отсчеты сигнала в кодовую группу.

Декодер – устройство, осуществляющее обратное преобразование.

Совместно кодирующее и декодирующее устройства называются кодеками.

Кодер и декодер с линейной (равномерной) шкалой квантования называются линейными, а с нелинейной (неравномерной) шкалой - нелинейными.

По принципу действия кодеры делятся на 3 основные группы:

1. Счетного типа

2. Взвешивающего типа

3. Матричная

Наибольшее распространение в ЦСП получили кодер и декодер взвешивающего типа. Принцип работы кодера заключается в уравновешивании кодируемых амплитудных отсчетов АИМ сигнала эталонными токами с определенным весом.

Структурная схема однополярного сигнала

В состав кодера входят:

1. К – компаратор (сравнивающее устройство

2. ГЭТ – генератор эталонных токов

3. ЛУ – логическое устройство (служит для записи решений компаратора)

4. ПК – преобразователь кода (из параллельного кода в последовательный)

5. КЛ - ключ

ГО – генераторное оборудование (управляет работой схемы и в начале тактов кодирования устанавливает все выходы ЛУ в 0.

Рассмотрим работу кодера, при кодировании отсчета весом .

Изначально все выходы ЛУ в состоянии 0. На 1ый вход компаратора подается . 1ый выход ЛУ переводится в состояние 1. Эта 1 замыкает ключ КЛ1, следовательно, подключается эталонный ток , который поступает на 2ой вход компаратора. Компаратор определяет знак равенства между . Если , то на выходе компаратора формируется 0. если, то формируется 1.

Сформированный 0 поступает на вход ЛУ и не изменяет состояние 1ого выхода ЛУ.

Порядок кодирования представлен в таблице

№ разряда	Выход n-ый ЛУ	Вход 2 К		Выход К	Вход ЛУ	Выход n-ый ЛУ
1	1			0	0	1 (КЛ1 замк)
2	1	+32		0	0	1
3	1	+16		1	1	0 (КЛ3 раз)
4	1	+8		0	0	1
5	1	+4		0	0	1
6	1	+2		0	0	1
7	1	+1		0	0	1