РОСЖЕЛДОР
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ростовский государственный университет путей сообщения»
(РГУПС)
ФАКУЛЬТЕТ «АВТОМАТИКА, ТЕЛЕМЕХАНИКА И СВЯЗЬ»
КАФЕДРА «СВЯЗЬ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ»
В.В. Крухмалев
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению лабораторной работы на основе
имитационного моделирования
ИЗУЧЕНИЕ НЕЛИНЕЙНОГО КОДЕРА ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ
ПЕРЕДАЧИ НА ОСНОВЕ ИМПУЛЬСНО-КОДОВОЙ МОДУЛЯЦИИ
С ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ ЦСП ИКМ-ВРК
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«Многоканальные телекоммуникационные системы»
Ростов-на-Дону
2005
УДК 621.3.052
Крухмалев В.В.
Изучение нелинейного кодера: Методические указания к выполнению лабораторной работы на основе имитационного моделирования. Ростов-н/Д: Рост. гос. ун-т путей сообщения. 2005. 7с.
Изложены основные понятия и определения, касающиеся вопросов кодирования в цифровых системах передачи на основе импульсно-кодовой модуляции с временным разделением каналов ЦСП ИКМ-ВРК, рассмотрены принципы построения нелинейных кодеров и декодеров и алгоритмы работы аналого-цифровых (АЦП) и цифро-аналоговых (ЦАП) пре5образователей. Приведена методика выполнения лабораторной работы на основе имитационного модулирования по дисциплине «Многоканальные телекоммуникационные системы» для студентов, обучающихся по специальности 201000/210404 «Многоканальные телекоммуникационные системы»
I. Цель работы
1.1. Закрепление теоретического материала по этапам формирования цифрового сигнала в цифровых системах передачи на основе импульсно-кодовой модуляции с временным разделением каналов ЦСП ИКМ-ВРК. Изучение принципов кодирования квантованных АИМ отсчетов и применяемых для этого типов кодов в ЦСП ИКМ-ВРК.
1.2. Изучение принципов построения и структуры линейных кодеров и декодеров и алгоритмов их функционирования.
1.3. Изучение принципов построения и структуры нелинейных кодеров и декодеров и алгоритмов их функционирования.
II. Содержание работы
2.1. Ознакомление с содержанием лабораторной работы, реализованной на основе имитационного моделирования, и алгоритмом ее выполнения.
2.2. Наблюдение алгоритма кодирования АИМ отсчетов в нелинейном кодере аппаратуры ИКМ-30.
III. Домашнее задание
3.1. По рекомендованной литературе изучить следующий материал:
необходимость и сущность квантования при построении ЦСП ИКМ-ВРК;
равномерное квантование, амплитудная характеристика квантующего устройства;
шумы квантования, их физическая сущность, оценка; энергетический спектр шумов квантования;
методика определения числа элементов в кодовой комбинации при кодировании АИМ отсчетов;
необходимость неравномерного квантования, амплитудная характеристика квантующего устройства при неравномерном квантовании;
физическая сущность шумов ограничения;
способы реализации неравномерного квантования, амплитудные характеристики компрессора и экспандера;
сущность - закона компандирования, защищенность от шумов квантования;
сущность А - закона компандирования, защищенность от шумов квантования;
типы двоичных кодов, используемые в ЦСП ИКМ-ВРК для кодирования АИМ отсчетов, требования к ним и основные параметры, таблицы (маски) двоичных кодов;
сущность кодирования по А-закону компандирования: алгоритм прямого кодирования;
сущность кодирования по А-закону компандирования: алгоритм преобразования на основе цифрового компандирования;
классификация кодеров и декодеров;
алгоритм работы кодера последовательного счета;
алгоритм работы кодера поразрядного кодирования;
алгоритм работы линейного кодера взвешивающего типа для однополярного сигнала;
алгоритм работы линейного кодера взвешивающего типа для двухполярного сигнала;
алгоритм работы линейного декодера взвешивающего типа для двухполярного сигнала;
алгоритм работы нелинейного кодера взвешивающего типа для двухполярного сигнала;
алгоритм работы нелинейного декодера взвешивающего типа для двухполярного сигнала;
групповой ИКМ сигнал, его структура и энергетический спектр.
3.2. Подготовить бланк отчета в рабочей тетради.
3.3. Решить задачи следующего содержания.
3.3.1. Синусоидальный сигнал с амплитудой Um = 1В следует преобразовать в цифровую форму таким образом, чтобы получить защищенность от шумов квантования Акв не менее 30 дБ. Определить величину шага квантования, число шагов квантования и разрядность кода при равномерном квантовании.
Ответ: число шагов квантования т = 5 и величина шага квантования = 62,5 мВ.
Решить задачу 3.3.1 для исходных данных, приведенных в табл. 1.
Таблица 1
Исходные данные |
В а р и а н т ы |
|||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Акв, дБ |
60 |
45 |
39 |
21 |
36 |
54 |
57 |
48 |
42 |
50 |
Um = Uогр, В |
2,0 |
3,0 |
2,5 |
1,8 |
1,5 |
1,0 |
0,7 |
1,2 |
2,4 |
3,5 |
3.3.2.
Равномерному квантованию подвергается
телевизионный сигнал, для которого
коэффициент k
=
и с
= с
max.
Определить разрядность кода, если
требуется обеспечить защищенность от
шумов квантования не хуже Акв
= 30 дБ.
Ответ: т = 4.
Решить задачу 3.3.2 для исходных данных, приведенных в табл. 2.
Таблица 2
Исходные данные |
В а р и а н т ы |
|||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Акв, дБ |
25 |
20 |
21,5 |
36 |
26,5 |
45 |
38 |
25 |
47 |
57,5 |
с, В |
0,5 |
0,7 |
1,2 |
0,35 |
0,85 |
1,5 |
0,65 |
0,25 |
0,15 |
0,9 |
с max, В |
1,1 |
1,65 |
2,35 |
0,75 |
1,92 |
2,85 |
1,45 |
0,85 |
0,45 |
2,1 |
3.3.3. Равномерному квантованию, а потом и кодированию шестиразрядным кодом с т = 6, подвергается групповой телефонный сигнал, для которого k = 4. Определить получаемую при этом защищенность от шумов квантования, полагая с = с max.
Ответ: Акв = 28,8 дБ.
Решить задачу 3.3.3 для исходных данных, приведенных в табл. 3.
Таблица 3
Исходные данные |
В а р и а н т ы |
|||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
т |
6 |
8 |
7 |
12 |
4 |
5 |
8 |
10 |
6 |
5 |
с, В |
21 |
35 |
48 |
27,6 |
39,2 |
5,85 |
24,5 |
8,5 |
6,5 |
39,1 |
с max, В |
1,1 |
1,65 |
2,35 |
0,75 |
1,92 |
2,85 |
1,45 |
0,85 |
0,45 |
2,1 |
3.3.4. Для речевого сигнала, поступающего от одного источника, величина коэффициента k = 5, построить график зависимости защищенности от шумов квантования в зависимости от разрядности кода для т = 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11: 12 и относительного уровня сигнала, под которым понимается отношение вида ротн = 20 lg(с / с max,). Значения ротн = 40, 36, 30, 24, 18, 12, 6, 0, +1, +2, + 6 дБ.
3.3.5.
Для гармонического сигнала, поступающего
от одного источника, величина коэффициента
k
=
,
построить график зависимости защищенности
от суммарных шумов квантования и шумов
защищенности в зависимости от разрядности
кода для т
= 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11: 12. 12 и относительного
уровня сигнала, под которым понимается
отношение вида ротн
= 20 lg(с
/ с
max,)
Значения
ротн
=
40,
36, 30,
24, 18,
12,
6,
0, +1, +2, + 6 дБ.
3.3.6. На вход кодера (или аналого-цифрового преобразователя АЦП) с линейной шкалой квантования с шагом равным о = 10 мВ поступают импульсы АИМ-2 с амплитудами Uотс1 = +12, Uотс2 = +98, Uотс3 = +412, Uотс4 = +170, Uотс5 = 57, Uотс6 = 152, Uотс7 = 412 мВ. Кодирование осуществляется в симметричном коде. Определить разрядность кода, структуру кодовых групп, образующихся на выходе АЦП для заданных отсчетов АИМ-2 сигналов, мощность шумов квантования на единичном сопротивлении и ожидаемую при этом защищенность от шумов квантования, если исходный сигнал представляет речевой сигнал от единственного источника.
Определить полосу частот группового ИКМ сигнала для данного кодера, если число каналов тональной частоты равно Nктч = 30.
Результаты расчетов представить в форме табл. 4.
Таблица 4
Значение АИМ отсчетов |
Uотс1, мВ |
Uотс2, мВ |
Uотс3, мВ |
Uотс4, мВ |
Uотс5, мВ |
Uотс6, мВ |
Uотс7, мВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Число шагов квантования |
n1 |
n2 |
n3 |
n4 |
n5 |
n6 |
n7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Напряжение шума квантования, мВ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Кодовая комбинация для отсчета |
|
|
|
|
|
|
|
3.3.7. Решить задачу 3.3.6 для следующих условий: импульсы АИМ-2 с амплитуды отсчетов АИМ-2 равны Uотс1 = 605, Uотс2 = 37, Uотс3 = 621, Uотс4 = 512, Uотс5 = 1007, Uотс6 = 107, Uотс7 = 1410 мВ. Кодирование осуществляется в натуральном коде. Расчеты представит в виде табл.4.
3.3.8. Решить задачу 3.3.7 для обратного кода.
3.3.9. Решить задачу 3.3.7 для инверсного кода.
3.3.10. На вход 8-разрядного декодера (или цифро-аналогового преобразователя АЦП), шаг квантования которого постоянен и равен о = 8 мВ поступает следующая последовательность кодовых групп: 11110111, 00001000, 10010101 и 01010101. Декодер рассчитан на декодирование кодовых комбинаций (групп), построенных по законам симметричного кода. Определить полярность и амплитуду импульсов отсчетов – АИМ-2, образующихся на выходе ЦАП.
3.3.11. Решить задачу 3.3.10 для ЦАП построенного по законам натуральногокода.
3.3.12. На вход нелинейного АЦП с законом компандирования А-87,6/13 шагом квантования в первом сегменте равным о = 2,5 мВ поступают импульсы АИМ-2 с амплитудами Uотс1 = +1200, Uотс2 = +998, Uотс3 = +3412, Uотс4 = +2770, Uотс5 = 573, Uотс6 = 1527, Uотс7 = 4126 мВ. Кодирование осуществляется в симметричном коде. Определить разрядность кода, структуру кодовых групп, образующихся на выходе АЦП для заданных отсчетов АИМ-2 сигналов, мощность шумов квантования на единичном сопротивлении и ожидаемую при этом защищенность от шумов квантования, если исходный сигнал представляет речевой сигнал от единственного источника.
Результаты расчетов представить в форме табл. 4.
3.3.13. Решить задачу 3.3.10 для ЦАП построенного по законам симметричного кода для нелинейного декодера с законом компандирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учебник для вузов / В.В. Крухмалев и др.; Под ред. В.Н. Гордиенко и В.В. Крухмалева. М.: Горячая линия Телеком, 2004, с. 201 … 222.
2. Крухмалев В.В., Моченов А.Д. Часть I. Основы построения многоканальных телекоммуникационных систем: Учебное пособие. Ростов-на-Дону: Рост. гос. унт-т путей сообщения, 2003, с. 154 … 157.
3. Многоканальные системы передачи: Учебник для вузов / Н.Н. Баева, В.Н. Гордиенко, С.А. Курицын и др.; под ред. Н.Н. Баевой и В.Н. Гордиенко. М.: Радио и связь. 1997, с. 328 … 342 и 365 … 381.
4. Кириллов В.И. Многоканальные системы передачи: Учебник для вузов. М.: Новое знание, 2002, с.448 …459 и 499 … 527.
5. Цифровые и аналоговые системы передачи/В.И. Иванов, В.Н. Гордиенко, Г.Н. Попов и др.; Под ред. В.И. Иванова. М.: Горячая линия Телеком, 2003, с.
6. Крухмалев В.В., Гордиенко В.Н., Моченов А.Д. Многоканальные телекоммуникационные системы. Часть II. Цифровые системы передачи: Учебное пособие для вузов. Электронная версия.
7. Шмытинский В.В., Котов В.К., Здоровцев И.А. Цифровые системы передачи информации на железнодорожном транспорте / Под ред. Шмытинский В.В.. М.: Транспорт, 1995, с. 20 … 35.