Квантование сигналов
Квантование происходит по уровню сигнала и заключается в отображении бесконечного множества возможных значений сигнала UТ(t) на некоторое конечное множество значений, называемых уровнями квантования.
UT(t)
8
6
4 N
3
2
1
Рис.14.2. Квантование сигнала
Для этого весь диапазон изменения сигнала UТ(t) разбивается на N интервалов и всем значениям сигнала UТ(t) ставится соответствующее значение квантованного сигнала.
Наибольшее применение получило равномерное квантование, при котором все интервалы имеют одинаковую величину h, называемую шагом квантования (например, квантование сигнала производится на 8 уровней (рис.14.2.). Лучше квантовать сигнал на большее количество уровней: чем больше уровней, тем меньше погрешность).
Кодирование дискретной величины
Кодирование заключается в обозначении каждого значения уровня некоторой кодовой комбинацией символов.
На практике наибольшее распространение получило числовое кодирование информации, при котором результатом кодирования является число К, представленное, как правило, в двоичной системе исчисления «0» и «1».
Например, используется четырехразрядный код. Для представления уровня квантования (выраженного в десятичной системе исчисления) в четырехзначный код используется правило 23+22+21+20. Для получения числа «восемь» необходимо выполнить операцию 23. Таким образом, число «8» кодируется как «1000», для кодирования числа «5» – это 22+21, то есть «0101». В результате каждый уровень выборки будет представлен четырехразрядной комбинацией «1» и «0».
Таким образом, из непрерывного аналогового сигнала получается цифровой сигнал, состоящий из логических единиц и нулей.
При выборе уровней квантования задаются требуемой точностью преобразования, которая определяется погрешностью или шумом квантования и заданными требованиями.
Такое кодирование осуществляет устройство под названием «кодер».
Обратное преобразование цифрового сигнала в непрерывный осуществляется цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП), который состоит из декодера и фильтра нижних частот.
В итоге структурная схема канала связи с учетом структуры ЦАП и аналого-цифрового преобразователя (АЦП) может быть представлена на рисунке 14.3, где использованы следующие сокращения:
Д – дискретизатор,
КВ – квантователь,
ФНЧ – фильтр нижних частот,
К – кодер,
Дек – декодер.
Канал
Д КВ К связи Дек ФНЧ
АЦП ЦАП
Рис.14.3. Структурная схема канала связи
Декодер по принятым кодовым комбинациям восстанавливает решетчатую функцию аналогового сигнала. Затем ФНЧ с полосой пропускания равной 3,4 кГц (стандартный телефонный канал) преобразовывает восстановленную решетчатую функцию в непрерывный сигнал. Процесс преобразования состоит в том, что фильтр ФНЧ на каждый отсчет решетчатой функции создает отклик вида sin х·(х) – (функция отсчетов, умноженная на значение отсчета) и полученные отклики суммирует
Пример реализации функций sin х·(х) показан на рисунке 14.4.
SКВАНТ
t
S(t)
t
Рис.14.4. Реализация функции sin х · (х)
Точность преобразования тем выше, чем короче по длительности импульсы решетчатой функции и АЧХ ближе к прямоугольной форме.
В состав декодера (рис.14.5) входят преобразователь последовательного кода в параллельный, на n выходах которого одновременно появляются все элементы принимаемой кодовой комбинации, и сумматор.
Последовательный
код Параллельный
код
n 3 2 1
2n+1 22 21 20
С У М М А Т О Р
Рис.14.5. Структурная схема декодера
Каждая единица (токовый импульс) поступает на вход сумматора с весом 2i, где i – номер разряда кодовой комбинации.
На выходе сумматора возникает отсчет решетчатой функции, значение которого определяется кодовой комбинацией, поступившей на вход декодера. Так, например, при декодировании комбинации 101, что соответствует 5-му уровню квантования, с первого и третьего выходов преобразователя на входы сумматора подаются импульсы напряжения, увеличенные соответственно в 20 и 22 раза.
На выходе сумматора появится напряжение, пропорциональное выражению 20+22=5, что соответствует пятому уровню решетчатой функции.
Выводы по 1-му вопросу:
1. Цифровые методы передачи информации позволяют существенно повысить качество каналов связи.
2. В современных системах связи идет переход к цифровым системам связи.