Равномерное квантование. Неравномерное квантование

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

Амплитудная характеристика имеет два характерных участка: зону квантования и зону ограничения. Если входной АИМ – сигнал удовлетворяет условиям (-U₀)≤ U_вх≤ U₀, то он попадает в зону квантования. Если это условие не удовлетворяется, то сигнал попадает в зону ограничения. В результате произойдет ограничение максимального значения сигнала, и ему будет присвоено значение U_огр.

Ограничение мгновенных значений сигнала приводит к появлению шумов ограничения. Обычно уровень сигнала на входе канала ИКМ выбирается так, чтобы вероятность превышения U_мах >U‌₀‌ была достаточно малой, поэтому определяющими в системах ИКМ являются шумы квантования. Средняя мощность шума квантования: Р_ш.кв.=∆²/12, где ∆- шаг квантования.

Максимальное число уровней квантования:

М =(2U_мах /∆) + 1= (2U_огр. /∆) + 1

Необходимое число уровней при равномерном квантовании М=512…2048.

Рисунок 5 - Амплитудная характеристика квантующего устройства U_вых=f(U_вх) с равномерным шагом квантования

Недостатком равномерного квантования является то, что относительная ошибка шума квантования велика для слабых сигналов и уменьшается с возрастанием уровня квантования.

ε_кв – абсолютная ошибка шума квантования;

γ_кв – относительная ошибка шума квантования.

γ_кв= ε_кв/U_кв

Устранить недостатки равномерного квантования можно используя неравномерное (нелинейное) квантование.

Неравномерным 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 М = 2048, что соответствует m=11 (разрядность код. группы), а при неравномерном квантовании для тех же показателей М=128, m=7, следовательно, существенно упрощается аппаратура.

Рисунок 6 - АХ квантующего устройства с неравномерным шагом квантования

Неравномерное квантование может быть реализовано тремя способами:

1. аналоговое компондирование

2. цифровое компондирование

3. нелинейное кодирование и декодирование.

Устройства, преобразующие амплитудные отсчеты сигнала в кодовую группу, называются кодерами, а устройства, осуществляющие обратное преобразование, — декодерами. Совместно кодирующие и декодирующие устройства называются кодеками.

Линейный кодер

По принципу действия кодеры делятся на три основные группы: счетного типа, взвешивающего типа и матричные.

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.

В состав кодера входят:

К – компаратор (сравнивающее устройство);

ГЭТ – генератор эталонных токов;

ЛУ – логическое устройство (служит для записи решений компаратора);

ПК – преобразователь кода (преобразует параллельный код в последовательный);

ГО – генераторное оборудование (управляет работой схемы и в начале тактов кодирования устанавливает все выходы ЛУ в ноль);

КЛ – ключи;

DD1, DD2 – инверторы.

Рисунок 7 – Структурная схема линейного кодера взвешивающего типа двухполярного сигнала

Описание [1] стр. 51

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЛИНЕЙНОГО КОДЕРА

Принцип построения линейного декодера для восстановления двухполярного сигнала показан на рисунке 8. Декодер содержит преобразователь кода ПК, логическое устройство ЛУ и генератор эталонных токов ГЭТ.

Рисунок 8 - Структурная схема линейного декодера

Описание [1] стр. 53

ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЦСП

ГО вырабатывает определенный набор импульсов для управления работой функциональных блоков аппаратуры приема и передачи, определяет скорость обработки и порядок обработки линейного сигнала. Структура ГО конкретной ЦСП определяется уровнем иерархии ЦСП и принципом формирования группового ИКМ сигнала.

Рисунок 9 – Структура ГО ЦСП ИКМ–30

Описание [1] стр. 62

ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ОКОНЕЧНЫХ СТАНЦИЙ ЦСП.

ВРЕМЕННАЯ ДИАГРАММА ЦИКЛА И СВЕРХЦИКЛА

На рисунке 10 представлена схема организации передающей и приемной части ЦСП, где:

Пер. (Пр.) СУВ – передатчик (приемник) сигналов управления и взаимодействия;

ФНЧ – фильтр нижних частот;

М – модулятор;

ГО_{пер.(пр.)} – генераторное оборудование передачи и приема;

Пер.(Пр.)СС – передатчик (приемник) синхросигнала;

ЗГ – задающий генератор;

УО – устройство объединения;

ПК пер.(пр.) – преобразователь кода передачи (приема);

РЛ – регенератор линейный;

НРП – необслуживаемый регенерационный пункт;

РС – регенератор станционный;

УР – устройство разделения;

ВС – временной селектор;

ВТЧ – выделитель тактовой частоты.

Описание [1] стр. 41