Построить схему кодеров с равномерным квантованием и кодированием

5) Оценить шумы квантования
Квантование представляет процесс сравнения отсчета АИМ сигнала со шкалой, имеющей конечное число уровней квантования, и отнесения его к ближайшему разрешенному уровню. Иными словами, процесс квантования представляет округлению амплитуды отсчета до ближайшего разрешенного уровня.

шумом квантования e(t) называется, величина которого не превышает половины шага квантования d_i, т.е.

 

e(t) = êU_вх - U_iê£d_i /2.

чем больше разрешенных уровней квантования М, т.е. чем меньше шаг квантования, тем меньше величина ошибки или шума квантования.

Оценка шумов при равномерном квантовании.

Гармонический сигнал. Величину порога ограничения U₀ принять равным амплитуде сигнала U_макс. Тогда коэффициент k = U_макс / s_c = , а защищенность от шумов квантования согласно (23) будет равна

А_кв1 = 6m -20lg + 4,8 = 6m + 1,8. (25)

Речевой сигнал. Плотность вероятности распределения мгновенных значений речевого сигнала для большинства практических задач принято представлять экспоненциальным законом и в случае кодирования одиночного сигнала принимают значение коэффициента k=5, при котором вероятность появления шумов ограничения не превышает 10^-4. Подставив значение k в (23), получим

А_кв2 = 6m - 20lg5 + 4,8 = 6m - 9,2 (26)

Речевой сигнал, поступающий от разных источников. В этом случае расчет защищенности следует производить по формуле (21). С учетом (26) имеем

А_кв3 = 6m - 9,2 + 20lg(s_c / s_смакс). (27)

Распределение средних мощностей телефонных сигналов от различных источников соответствует нормальному закону со среднеквадратическим отклонением s_с = 3,5...5,5 дБ. При этом с вероятностью р=0,997 значения случайной величины не выходят за пределы ± 3s_с, что при s_с=5,5 дБ составляет ± 16,5 дБ. С учетом сказанного защищенность от шумов квантования для самых слабых сигналов будет равна

А_кв3 = 6m - 42,2. (28)

Многоканальный групповой телефонный сигнал. В этом случае принимают k = 4 и из (23) находим защищенность от шумов квантования равную

А_кв4 = 6m - 7,2. (29)

Многоканальный групповой телефонный сигнал имеет нормальное распределение мгновенных значений и при k=4 вероятность появления шумов ограничения не превышает р = 10^-4.

Телевизионный сигнал. Поскольку телевизионный сигнал является однополярным и при k = (для этой величины вероятность появления шумов ограничения весьма мала) защищенность от шумов квантования находится по формуле (24)

А_кв5 = 6m - 20lg + 10,8» 6 (m + 1).

Владеть

1) Принципами построения многоканальных систем передачи.
Образование типовых каналов передачи обеспечивает система передачи, одной из составных частей которой является среда распространения. Такой средой могут быть коаксиальные, симметричные или оптические кабели, воздушные или радиолинии. Поскольку стоимость кабелей, воздушных и радиолиний в настоящее время значительна, то необходимо иметь возможность по одной физической цепи (стволу) одновременно и независимо передавать как можно больше сигналов, соответствующих разным сообщениям. Физическая цепь — это одна или две пары проводов, расположенных в кабеле или подвешенных на опорах (воздушная линия) и используемых для передачи сигналов электросвязи. Для радиолиний аналогичным понятием является ствол. Естественно, чем больше сигналов будет одновременно передаваться, например, по одной кабельной цепи, тем эффективнее этот кабель будет использоваться. Совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу N сигналов по одной физической цепи (по одному стволу), называется iV-канальной (многоканальной) системой передачи. В состав системы передачи, кроме среды распространения, входят также оконечные и промежуточные станции.

Следует отметить, что исходный сигнал, получаемый на приемной станции, несколько отличается от аналогичного сигнала на передаче. Причиной этих отличий являются искажения, вносимые каналом передачи, и помехи, воздействующие на сигнал. Желательно, чтобы эти отличия не превышали допустимых.

Преобразование исходного сигнала на передающей оконечной станции необходимо для того, чтобы каждому канальному сигналу сообщить некоторые отличительные признаки, наличие которых позволит на приемной оконечной станции разделить сигналы по соответствующим приемникам.

При построении многоканальных систем передачи преимущественно используются частотный и временной способы разделения.

При частотном способе разделения за каждым каналом в линии передачи закрепляется определенный спектр частот. Поэтому преобразователи передающей оконечной станции должны сместить частотные полосы исходных сигналов в частотные полосы, которые отводятся для передачи по тому или иному каналу. Это смещение может быть осуществлено с помощью амплитудной, частотной или фазовой модуляции. Несущие частоты надо выбирать такими, чтобы спектры частот канальных сигналов не перекрывались.

При временном способе разделения каналов по цепи передаются периодические последовательности очень коротких импульсов, амплитуды которых равны величинам мгновенных значений канальных сигналов.

После импульса первого канала передается импульс второго, третьего и т. д. до последнего канала, после чего цикл передачи повторяется.

Достаточно просто временное разделение осуществляется, если по каналам передается последовательность импульсов. Интервалы между двумя соседними импульсами одного и того же канала используются для передачи импульсов других каналов.

2) Методами оценки параметров сигналов.

3) Методами сравнения систем с ВРК и ЧРК.
Временное разделение каналов — технология аналогового или цифрового мультиплексирования, в котором несколько сигналов или битовых потоков передаются одновременно как подканалы в одном коммуникационном канале.

Передача данных в таком канале разделена на временные интервалы фиксированной длины, отдельные для каждого канала. Например: некоторый блок данных или подканал 1 передается в течение временного интервала 1, подканал 2 во временной интервал 2 и т. д. Один фрейм TDM состоит из одного временного интервала, выделенного одному определенному подканалу. После передачи фрейма последнего из подканалов происходит передача фрейма первого подканала и т. д. по порядку.

Частотное разделение каналов

Разделение каналов осуществляется по частотам. Так как радиоканал обладает определённым спектром, то в сумме всех передающих устройств и получается современная радиосвязь. Например, ширина спектра сигнала для мобильного телефона составляет 8 МГц. Если мобильный оператор даёт абоненту частоту 880 МГц, то следующий абонент может занимать частоту 880+8=888 МГц. Таким образом, если оператор мобильной связи имеет лицензионную частоту 800—900 МГц, то он способен обеспечить около 12 каналов, с частотным разделением.

Частотное разделение каналов применяется в технологии X-DSL. По телефонным проводам передаются сигналы различной частоты: телефонный разговор-0,3-3,4 кГц а для передачи данных используется полоса от 28 до 1300 кГц.

Очень важно фильтровать сигналы. Иначе будут происходить наложения сигналов, из-за чего связь может сильно ухудшиться.

4) Способами организации каналов и сетей связи.
Сети связи - совокупность технических средств, обеспечивающих передачу и распределения сообщений. В зависимости от того, имеются или отсутствуют в сети специальные устройства коммутации, различают коммутируемые и некоммутируемые сети. Правила построения сетей зависят от способа распределения и вида передаваемых сообщений.
Среди некоммутируемых сетей наиболее часто встречаются следующие способы организации сетей: «общая шина», «кольцо», полносвязная сеть («каждый с каждым»). Подобные конфигурации наиболее характерны для компьютерных сетей.

Каждый из способов организации сетей имеет свои достоинства и недостатки. Так, в структурах общая шина и кольцо все участники сети используют общую среду распространения сигналов и имеют уникальные признаки, характерные только данному абоненту и называемому адресом. Этот адрес обязательно имеется в передаваемом сообщении, и по этому адресу принимающая сторона судит о том, ей или другому участнику сети предназначено это сообщение.

 

При введении специального устройства - узла коммутации - может быть уменьшено количество необходимых линий для соединения абонентов и их общая длина. При этом сеть сохраняет высокую оперативность и достаточно высокую надежность, связанную с нарушениями в работе линий связи: при обрыве абонентской линии связи лишь один пользователь получает отказ в услугах связи. Но в таких структурах высокая ответственность ложится на узлы коммутации: нарушения в его работе могут привести к срыву связи всей сети.

5) Методами обеспечения устойчивости и электромагнитной совместимости.
Электромагнитная совместимость - способность технических средств функционировать удовлетворительно в окружающей электромагнитной обстановке, не создавая недопустимых электромагнитных помех средствам связи и другим техническим средствам в этой обстановке.

Для обеспечения электромагнитной совместимости технических средств применяются организационные и технические методы.

Организационные методы применяются, как правило, на этапе установки (монтажа) технического средства и системы защиты информации и в ходе их эксплуатации.

Основными организационными методами обеспечения электромагнитной совместимости технических средств являются:

- снижение уровня сопутствующего (нежелательного) из- лучения за счет увеличения расстояния между потенциально конфликтными техническими средствами;

- разнесение совпадающих или частично совпадающих по спектру помеховых излучений технических средств и воспринимаемых рецептором излучений, на частотный интервал, допускающий их совместную работу без снижения качества функционирования последнего;

- разнесение во времени интервалов работы потенциально конфликтных технических средств (использование общего радиоресурса по временному графику).

Однако одними организационными методами задачу обеспечения электромагнитной совместимости технических средств решить достаточно сложно, поэтому наряду с организационными используются и технические методы.

Технические методы применяются для снижения уровня сопутствующего излучения, что приводит к снижению «зоны мешания», и уменьшения спектра сопутствующего излучения, что способствует более экономичному использованию частотного ресурса.

Основными техническими методами обеспечения электромагнитной совместимости технических средств являются:

– экранирование – окружение источника помехового электромагнитного излучения или рецептора, кожухом из сплава металла, состав которого зависит от того, что необходимо защищать и от какого вида поля строится защита;

– фильтрация – создание на пути распространения паразитных токов, вызывающих сопутствующие (нежелательные) излучения, фильтров, устраняющих или снижающих до допустимого уровня мешающие помехи;

– заземление – обеспечение стекания, образующихся на экранах, корпусе и других общесхемных соединениях технического средства паразитных токов в землю, тем самым, исключая накопление потенциала до опасных (в том числе и для человека) пределов.