Процесс кодирования первичного сигнала.

8 – сегментная характеристика компрессии.

 

- знак, m = 7, = 64

№ сегмента	Этап кодирования	Код сегмента	Нижняя граница сегмента	Эталонные значения шагов квантования
			Q2	Q3	Q4	Q5	Q6	Q7
8							512δ
7							256 δ
6							128 δ
5							64 δ
4							32 δ
3							16 δ
2							8 δ
							0 δ

 

Например, = 651 Þ = 1(знак)

1. 651> (= 64) Þ = 1

2. 651> (= 256) Þ = 1 номер сегмента

3. 651> (= 512) Þ = 1

4. = - = 651-512 = 139 Квантованная разность

Сравниваем с наибольшим эталонным сигналом:

5. 139 < 256 Þ = 0

6. 139 > 128 Þ = 1, следовательно = 139 – 128 =11.

7. 11 < 64 Þ =0

Получаем код: 1 1 1 1 0 1 0

 

Основной эталонный сигнал – 512. Шаг квантования внутри сегмента одинаков. Для каждого сегмента величина шума квантования своя и равна половине ширины интервала, на которые разбит сегмент. Для седьмого сегмента ширина шага квантования .

. 512+128 = 640.

Отличаются от уровня 651 по абсолютному значению на 11 единиц.

, следовательно разность не превышает половины шага квантования.

 

10. Выбор типа линейного кода ЦСП

 

Линейный цифровой сигнал (ЛЦС) формируется на основе линейного кода и должен отвечать следующим требованиям:

· энергетический спектр сигнала должен быть сосредоточен в узкой полосе частот, не содержать постоянную составляющую, высокочастотные и низкочастотные составляющие должны быть значительно ослаблены. Выполнение этих условий позволяет уменьшить межсимвольные искажения, обусловленные ограничением полосы частот линейного тракта как в области верхних частот так и области нижних частот;

· структура ЛЦС должна обеспечивать выделение тактовой частоты в каждом линейном регенераторе;

· должна быть обеспечена возможность постоянного и простого контроля коэффициента ошибок в линейном тракте;

· обеспечивать возможность использования тактовой частоты передаваемого сигнала по сравнению с исходной двоичной последовательностью;

· ЛКС должен быть достаточно простым и не приводить к размножению ошибок.

Для симметрических и коаксиальных кабелей используют след. ЛЦС:

 

Рис.17. Типы линейных кодов ЦСП.

 

АБС – абсолютный биимпульсовый сигнал. “1” двоичного сигнала соответствует, «0» соответствует длительностью 2 , т.е. передаются двухполярные посылки.

 

АБС имеет высокую помехозащищенность, простоту преобразования двоичного сигнала в АБС, возможность выделения тактовой частоты вне зависимости от статистических свойств (т.е. независимо от нулевых символов между ними) исходного двоичного сигнала, пороговое напряжение линейного регенератора =0. Но, частота следования импульсов АБС приводит к удвоению тактовой частоты.

Алфавитные коды типа nBkM, где n-число символов в группе линейного М-уровневого кода; В - означает, что в исходной последовательности используется двоичное основание счисления; М – кодовое основание счисления (Т- третичная; Q- четверичная).

Наиболее простым является код вида 1В1Т (n=1, k=1, М=3), т.е. один символ двоичного кода преобразуется в один символ троичного кода. Такой код называется кодом чередования полярности импульсов ЧПИ (англ. AMI):

«1»- передается изменением полярности сигнала на каждой единице,

«0» - передается отсутствием сигнала (формируется двухполярный трехуровневый код).

В данном случае любая ошибка, появившаяся при передаче (например, + или – вместо нуля, пробел кодового импульса) вызывает нарушение закона чередования полярности и легко обнаруживается.

Достоинства: простота формирования и декодирования. Энергетический спектр не содержит постоянной составляющей. Основная энергия сигнала концентрируется в области (полу тактовой частоты исходной двоичной последовательности).

Избыточность- характеристика алфавит кодов:

 

 

 

Для нашего примера r=1-1/1*log₂3=0,37=37 %. Следовательно, код 1В1Т имеет высокую степень избыточности.

Недостаток: трудность выделения тактовой частоты (которая необходима для устойчивой работы регенераторов), т.к. длинные серии нулей в исходной двоичной последовательности приводят к длинной серии пробелов в ЛЦС, а это недопустимо.

От этих недостатков в некоторой степени свободны модифицированные коды ЧПИ, т.н. биполярные коды с высокой плотностью единиц порядка N –HDB-N. В кодах HDB-N, N- допустимое число следующих подряд нулей. Каждая группа из N+1 последовательных нулей заменяется группой символов той же длины вида B…V или D…V, где В- импульс, сохраняющий правило кодирования ЧПИ, а V- импульс, нарушающий это правило.

Полярность импульса В, ­¯ предыдущему импульсу, а полярность V повторяет предыдущий. Когда на приеме происходит восстановление исходного сигнала, замещающая комбинация обнаруживается при анализе структуры линейного сигнала и заменятся соответствующим числом пробелов. Наибольшее распространение получил код HDB-3.

Разновидностью кодов HDB являются коды B3ZS (Bipolar with 3 Zero Substitution)- биполярный код с подстановкой альтернативных блоков “OOV” или “BOV” (аналог HDB-2). Выбор одной из указанных комбинаций (“OOV” или “BOV”) выполняется с таким расчетом, чтобы число импульсов вида В между соседними импульсами вида V было нечетным.

Код вида CMI (Coding Mark Inversion):

1 ® +1+1 или -1-1 и происходит их чередование;

0 ® +1-1

 

Рис.18

 

Существует парно-избирательный троичный код (ПИТ), в котором символы двоичной последовательности группируются попарно и преобразуются в троичный сигнал в соответствии с таблицей кодирования:

т аблица 7

Двоичный сигнал
ПИТ- код	+10	0-1	+1-1	-1+1

 

Смена кодовых групп при замещении двоичных пар 01 и 10 исходной последовательности производится попеременно так, чтобы было обеспечено равенство числа + и – импульсов третичной последовательности.

Широкое распространение получили алфавитные коды типа nBkT, где n-символов исходной двоичной последовательности замещаются k-символами троичного кода.

 

4В3Т

Рис.19

 

Для формирования таких кодов используется несколько вариантов алфавитов, т.е. одна и та же группа двоичных символов может быть представлена различными группами 4В3Т.

 

Задание: Обосновать целесообразность применения в ЦСП квазитроичных кодов. Изобразить заданную двоичную последовательность символов в кодах с ЧПИ и КВП-3. Указать основной недостаток кода с ЧПИ. Рассчитать и построить временную диаграмму сигнала на выходе корректирующего усилителя регенератора (в ТРР), соответствующую заданной последовательности символов в коде КВП-3. На этой диаграмме указать пороги решения и моменты времени, в которые они выносятся. Доказать, что при отсутствии помех регенерация происходит без ошибок.

 

Цифровой сигнал в кабельной линии связи должен удовлетворять следующим основным требованиям:

1) энергетический спектр сигнала должен быть как можно уже, в нём должна отсутствовать постоянная составляющая и ослаблены низкочастотная и высокочастотная составляющие.

2) должна быть обеспечена высокая и почти постоянная плотность токовых импульсов.

3) должна быть обеспечена возможность контроля достоверности передачи в процессе эксплуатации без прерывания связи.

4) уменьшение при необходимости тактовой частоты передаваемого сигнала по сравнению с исходным двоичным сигналом.

 

Перечисленные требования могут быть удовлетворены введением кодирования с основанием больше двух. В современных ЦСП применяются линейные сигналы с символами +1,0,–1, которые называются квазитроичными. Простейшим квазитроичным кодом является код с чередованием полярности импульсов ЧПИ, в котором полярности ненулевых импульсов чередуются. Недостатком кода с ЧПИ является возможность появления длинной последовательности нулевых символов в групповом сигнале, что приводит к уменьшению содержания основной гармоники тактовой частоты и может вызвать сбой выделителя тактовой частоты.

В связи с этим в ЦСП с числом каналов более 30 применяется коды с высокой плотностью единиц КВП-n, где n – максимальная длина последовательности нулей в групповом сигнале. Для кода КВП-3 каждая последовательность из четырех нулей замещается одной из комбинаций, приведенных в таблице 8, в зависимости от числа импульсов, принятых после предыдущей замены.

таблица 8

Полярность последнего импульса перед заменой	Вид замещающей комбинации для числа импульсов после последней замены
нечетного	четного, включая ноль
–	000–	+00+
+	000+	–00–

Изобразим заданную последовательность в кодах с ЧПИ и КВП-3 (рис.20).

Рис.20. Временная диаграмма заданной последовательности в кодах ЧПИ и КВП-3

Рис.21. Временная диаграмма регенерации искаженного сигнала

 

Поскольку символы, предшествующие заданной последовательности не определены, возможны два варианта образования кода КВП-3, в зависимости от того, четное (1) или нечетное (2) количество импульсов принято после предыдущей замены.

Для построения временной диаграммы сигнала на выходе КУ, определяем значения отклика в фиксированные моменты времени. В курсовом проекте, согласно рекомендациям, используем отклик, описываемый выражением:

Его эффективная длительность (по основанию) равна . Значения отклика рассчитаны в таблице 9.

таблица 9

		0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0
		0,9	0,65	0,35	0,12		-0,03	-0,01	0,006	0,007

По рассчитанным значениям строим временную диаграмму сигнала на выходе КУ в ТРР (рис.21). Диаграмма построена для заданной кодовой комбинации в коде КВП-3. Отклики на каждый элемент изображены пунктирной линией, сумма всех откликов изображена голубым цветом. Из временной диаграммы очевидно, что при отсутствии помех, несмотря на наличие межсимвольных искажений, в моменты тактовых импульсов с выделителя тактовой частоты мгновенные уровни сигнала отличаются от порогового уровня на величину, достаточную для принятия однозначного и правильного решения.