Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция

Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (АДИКМ)

Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция

ГОУ ВПО СКФ МТУСИ

ЛЕКЦИЯ № 5

Дисциплина: Системы передачи информации

.

Тема №. Цифровые системы передачи с ИКМ

Тема лекции: Цифровые разностные системы передачи

Учебные вопросы:

Методическое обеспечение:

1. Текст лекции;

2. Презентация

Материальное обеспечение:

Медиапроектор

Основным недостатком ЦСП на основе ИКМ-ВРК является широкая полоса частот, необходимая для передачи канального и линейного цифрового сигнала. Этот недостаток может быть существенно уменьшен применением, так называемых цифровых разностных систем передачи.

Уменьшение полосы частот, необходимой для передачи цифрового сигнала классической ИКМ, возможно только уменьшением разрядности кодовой комбинации, что приводит к увеличению шага квантования и, следовательно, к снижению защищенности сигналов от шумов квантования. Этот недостаток можно значительно уменьшить, если воспользоваться корреляционными связями между соседними отсчетами передаваемых сигналов, и квантованию и кодированию подвергать не абсолютную величину отсчета, а разность между предыдущим и последующим отсчетами исходного сигнала.

Системы передачи, где кодированию подвергаются разности соседних отсчетов, называются цифровыми разностными системами.

Поскольку диапазон разностей между отсчетами меньше самих отсчетов, то для кодирования требуется меньшее число разрядов при той же защищенности от шумов квантования, что приведет к уменьшению полосы частот по сравнению с классической ИКМ. Одним из способов формирования цифрового сигнала с использованием этого принципа является дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ).

Совокупность устройств, формирующих цифровой сигнал на основе ДИКМ, называется ДИКМ-кодером, а устройства, которые выполняют обратные преобразования, называются ДИКМ-декодером. ДИКМ-кодер и ДИКМ - декодер образуют ДИКМ-кодек.

Простейшим способом получения разности соседних отсчетов для ДИКМ -кодера является запоминание предыдущего входного отсчета непосредственно в аналоговой памяти и использование аналогового вычитающего устройства для получения разности, которая затем квантуется и кодируется. На приемном конце принятая цифровая последовательность сначала декодируется, в результате восстанавливается последовательность квантованных приращений сигнала в моменты отсчетов, а затем путем последовательного суммирования с помощью интегратора они преобразуются в последовательность квантованных отсчетов сигнала и далее в

Рисунок 1.

в

С (t)

Т

r (nTд) Кодер Декодер Дискр Интг + ДУ     - fд

    2 ^m

2 ^m

ò

ФНЧ

ЭЗ

^¢ (t)

C(t-T_д)

С(t)- C(t-T_д)

ыходной аналоговый сигнал. Структурная схема такой реализации ДИКМ-кодека показана на рис.1, где используются следующие обозначения: ЭЗ – элемент задержки сигнала С (t) на время Т, равное периоду дискретизации Т_д; на выходе ЭЗ формируется сигнал вида С (t-T_д); ДУ – дифференциальный усилитель, выполняющий роль вычитающего устройства, на выходе которого получается разностный сигнал вида С (t) - С (t-T_д); Дискр – дискретизатор, осуществляющий дискретизацию разностного сигнала на выходе ДУ с частотой f_д, на выходе которого получается сигнал r (nT_д); Кодер – кодирующие устройство, формирующее ДИКМ цифровой сигнал; Декодер – декодирующее устройство, преобразующие принятый цифровой ДИКМ сигнал в отсчеты разностного сигнала; Интг – интегратор, преобразующий сигнал r ^¢(nT_д) на выходе декодера в ступенчатый сигнал, который с помощью ФНЧ приема преобразуется в сигнал вида С ¢(t), отличающийся от сигнала С (t) наличием шумов квантования и присущих ДИКМ искажений.

+ Интг ДУ

ФНЧ

С (t)

Дискр

2^m

Кодер

∫

2^m

Декодер

Интг

f ₀

2^m

Декодер

∫

ФНЧ

С (t)

Рисунок 2

На рис.2 приведена схема кодека ДИКМ, содержащая в передающей части цепь обратной связи, включающей в себя декодер и интегратор. Преимущество реализации кодека ДИКМ с цепью обратной связи состоит в том, что при этом шумы квантования не накапливаются. Если сигнал в цепи обратной связи отклоняется от входного в результате накопления шумов квантования, то при следующей операции кодирования разностного сигнала это отклонение автоматически компенсируется. В системе без обратной связи выходной сигнал, формируемый декодером на противоположном конце линии, может неограниченно накапливать шумы квантования. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы кодека ДИКМ, приведены на рис. 3.

Сигнал на выходе ФНЧ

Рис.3. Временные диаграммы формирования ДИКМ сигнала

t₁ t₂ t₃ t₄ t₅

Определение разностного сигнала

C₂

Разностный сигнал на выходе ДУ

Формирование сигнала на выходе декодера

В начальный момент времени t₁ сигнал на выходе интегратора отсутствует, а сигнал на выходе дифференциального усилителя (ДУ) соответствует непрерывному сигналу. Дискретный отсчет с амплитудой С₁ квантуется и кодируется в кодере и затем через декодер поступает на интегратор (Интг), который запоминает его значение до момента времени t₂ (т. е. на время, равное периоду дискретизации Т_д). В момент времени t₂ сигнал на неинвертирующем входе ДУ (+) равен аналоговому сигналу С₂, а на инвертирующем входе (-) – С₁. На выходе ДУ получаем разностный сигнал DС₁ = С₂ – С₁. После квантования и кодирования в линию поступает кодовая комбинация, соответствующая разности двух соседних отсчетов. По цепи обратной связи через декодер амплитуда отсчета С₂ поступает на интегратор и запоминается им до момента t₃. В этот момент времени опять происходит определение разности DС₂, ее квантование и кодирование и т.д. Когда сигнал на выходе интегратора (в момент t₄) больше входного аналогового сигнала, разность на выходе ДУ будет отрицательной. После квантования, кодирования и декодирования на выходе интегратора получится отрицательный скачок сигнала DС₃ на величину этой разности.

Как видно из рис.3, значение разностей отсчетов меньше самих отсчетов, поэтому при одинаковом шаге квантования число разрядов в кодовой комбинации при ДИКМ меньше, чем при обычной ИКМ, либо при одинаковом количестве разрядов шумы квантования уменьшаются.

Эффективность ДИКМ можно проиллюстрировать следующим примером. Пусть преобразованию на основе ДИКМ подвергается синусоидальный сигнал частотой 800 Гц и амплитудой U_c

c (t) = U_c ·sin 2p ·800 t.

Амплитуду разностного сигнала можно получить путем дифференцирования с (t) и умножения ее на временной интервал между отсчетами

Т_д = 1/ f_д =1/8000 (здесь f_д = 8000 Гц – частота дискретизации)

= U_c ·2p·800·cos 2p·800 t;

ç Dc (t)ç_макс = U_c ·2p·800 / 8000 = 0,628 U_c.

Дата добавления: 2014-01-15