|
| |
|
Главная Журналы шение для малых сигналов во много раз хуже, чем для больших. Из этого следует, что равномерное квантование не оптимально для телефонных сигналов; в связи с чем в системах ИКМ-ВРК используется неравномерное квантование. Неравномерное квантование можно осушествить следуюшими способами. 1. Сжатием (компрессированием) динамического диапазона сигнала перед равномерным квантованием и последуюшим компенсируюшим расширением его (экспондированием) после декодирования. 2. Использованием нелинейного кодируюшего устройства. 3. Цифровым преобразованием сигнала, формируемого на выходе линейного декодера. Рассмотрим требования к характеристике компрессии, где x=Un/U, а у= = Uj,bix/U - нормированные значения соответственно входного и выходного сигналов. Выбор этой характеристики можно проводить исходя из различных критериев: обеспечения постоянства отношения сигнал/шум квантования, минимума шумов квантования, максимума скорости передачи и пр. В соответствии с первым критерием шумы квантования должны быть пропорциональны амплитуде сигнала для любого уровня. Для выполнения этого условия должен использоваться логарифмический закон компрессии у=1пх. На практике из-за сложности реализации логарифмической функции используют ее модификации, получившие названия Лир, характеристик компрессии: (8.6) Лд:/(1-f 1пЛ), 0<хК1/Л, I (1-f 1пЛх(1 + 1пЛ), 1/Л<х<1, y = ln(l+ix\x\)/ln(l + ix), 0<,х<1. (8.7) Оптимизацию по минимуму шумов квантования можно провести только для конкретного сигнала с известными характеристиками. При отклонении параметров сигнала от заданного уровня мошиость шумов квантования сушественно возрастет. При выборе характеристики по максимуму скорости передачи необходимо задавать интервалы квантования большей величины для маловероятных уровней сигналов и интервалы малой величины для сигналов с более вероятными уровнями. Сравнительный анализ характеристик компрессии, выбранных из рассмотренных критериев, показывает, что наиболее подходит для ЦСП логарифмическое квантование, которое обеспечивает качественную передачу разнообразных сигналов в широком динамическом диапазоне. При этом отношение сигнал/шум квантования всего на 3-4 дБ ниже оптимального, а с точки зрения максимизации количества информации проигрыш составляет около 0,5 бит на каждый отсчет, т. е. всего несколько процентов от реальных значений. Значение отношения мощностей сигнал/шум квантования при харагтерис-тике компрессии, определяемой соотношением (8.6), Wkb. а лежит в пределах: ЗМу(1 + l/APc)-/cl < W„b. а < ЗМ1/С1, (8.8) где My - число разрешенных уровней квантования, Рс - мощность сигнала; Са--постоянный коэффициент при компрессии типа А, определяемый из условия dx/dy=cx. Для малых уровней сигнала (х<:1/Л) квантование носит равномерный характер с шагом =2Са/{АМу), поэтому мощность шума постоянна и определяется нижним пределом выражения (8.8). Если сигнал выходит за уровень 1/Л, то квантование является логарифмическим и мощность шумов пропорциональна мощности сигнала - верхняя граница в выражении (8.8). Реальные сигналы имеют широкий динамический диапазон. Поэтому уровни сигнала могут попадать как в область равномерного, так и в область логарифмического квантования. Мощность шума при этом не может быть меньше мощности, обусловленной каким-либо одним видом квантования, но не может быть и больше суммы двух указанных компонент шума, которой соответствует нижняя граница соотношения (8.8). При компрессии типа [j, выражение, аналогичное выражению (8.8), имеет зм1 [1 + ] -/cl < W < <3M[l + l/(t.2Pc)]-V< (85) где Сц = 1п(1+[1). Сравнение выражений (8.8) и (8.9) показывает, что верхняя граница отношения сигнал/помеха для л-закона совпадает с нижней границей для А-закона. Однако отсюда не следует, что отношение сигнал/шум А-закона всегда лучше, так как в соотношениях (8.8) и (8.9) различные масштабные коэффициенты Сл и Cjj. Однако отношение сигнал/шум при использовании А-закона носит более равномерный характер в пределах динамического диапазона сигнала. Рекомендация G.711 МККТТ разрешает применение обоих законов компрессии Лиц. Однако при организации цифровых трактов с разными законами компрессии между странами все необходимые преобразования по согласованию параметров компрессии производятся страной, используюшей [л-закон. В процессе кодирования кроме искажений, обусловленных квантованием сигнала, возможны дополнительные искажения за счет конечной точности процессов сравнения, вычитания, конечной стабильности установки эталонных напряжений, изменения параметров аппаратуры при колебаниях температуры, старения и др. Эти погрешности называют инструментальными. Инструментальные погрешности преобразования составляют примерно 50 %, от обшей мощности искажений в ЦСП, причем при А-законе компрессирования инструментальные погрешности меньше, чем при р,-законе. В нашей стране и других европейских странах используется характеристика Л = 87,6/13. 7- линейный тракт цсп Линейный тракт ЦСП начинается с оборудования линейного тракта оконечной станции (ОЛТ). На выход ОЛТ поступает цифровой сигнал, параметры которого согласованы с характеристиками используемых направляющих систем и отвечают специфическим требованиям. 1. Энергетический спектр цифровых сигналов, передаваемых по линии, должен быть сосредоточен в относительно узкой полосе частот при отсутствии постоянной составляющей вне зависимости от статистических свойств исходной двоичной информации. За счет этого уменьшаются межсимвольные искажения, возникающие из-за ограничения полосы частот линейного тракта, в области как нижних, например, за счет наличия симметрирующих трансформаторов, так и верхних частот, например, с целью оптимизации отношения сигнал/тепловой шум повысить взаимозащищенность целей симметричных кабелей и др. В конечном счете сосредоточение спектра сигналов в узкой полосе частот и отсутствие постоянной составляющей позволяет либо увеличить длину участка регенерации при заданной вероятности ошибки, либо повысить вероятность передачи при заданной длине рёгенерационного участка. 2. Структура цифрового сигнала в линии должна обеспечить возможность простого и надежного выделения тактовой частоты в каждом линейном регенераторе, э 3. Необходим постоянный достаточно простой контроль за коэффициентом ошибок в линейном тракте без перерыва связи. На рис. 8.11. слева приведены различные последовательности импульсов, а справа - спектры этих последовательностей. Проведем анализ показанных сигналов с точки зрения соответствия их критериям, изложенным ранее.  t 1/TrZ/Tr 7/T„ 2/T„ 
 0.5fr fr Рис. 8.11. Сигналы и их спектры На рис. 8.11, а слева показана последовательность однополярных импульсов длительностью Ги и периодом следования Г, а справа - энергетический спектр этой последовательности. Энергетический спектр состоит из непрерывной Ое(/) и дискретной (линейчатой) G„(f) частей (Он (f) - заштрихована). Огиба-юшие спектров СгнС/) и Од(1) имеют вид затухающих лепестков, период которых 1/Гт. Линейчатая часть состоит из постоянной составляюшей с нулевой частотой (f = 0) и ряда составляющих с частотами п/Ги, где п=1, 2, 3... Амплитуда постоянной составляющей наибольшая. Амплитуды низкочастотных составляющих также велики по сравнению с амплитудами высокочастотных составляющих. При прохождении такого сигнала через линейный тракт с линейными трансформаторами он испытывает большие искажения. Подбирая соотношения между Тт и Гц, можно обеспечить попадание дискретных составляющих в нули огибающей, т. е. отсутствие этих составляющих в спектре (рис. 8.11, б). Но тогда отсутствует и составляющая с тактовой частотой, которую необходимо выделять. Можно показать, что составляющая с тактовой частотой fi максимальна, если обеспечить Ти=0,5Тт (рис. 8.11, в). Однако постоянная составляющая присутствует во всех случаях при однополярных импульсах. Избавиться от востояннрй составляющей или сбалансировать ее позволяет биполярный сигнал (рис. 8.11, г). Имеется большое количество балансовых кодов, обеспечивающих сформулированные ранее требования. Одним из наиболее простых и часто используемых кодов является код с чередованием полярности импульсов (ЧПИ) - Alternation mark inversion signal -AMI. Алгоритм работы преобразователя кода показан 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 [ 67 ] 68 69 70 71 72 73 74 75 |
||||||||||||||||||||||||||