Содержание
Введение
1.Линейная дельта–модуляция
2.Адаптивная дельта-модуляция
3.Адаптивно-разностная ИКМ (АРИКМ). Общие сведения
4.АРИКМ с адаптивным квантованием
5.АРИКМ с адаптивным предсказателем
6.Сравнение цифровых систем кодирования
Заключение
Списоклитературы
Введение
Радиосвязь- одно из самых простых и надежных средств связи. Рации полезны и удобны, ихможно использовать там, где недоступен ни один другой вид связи, системырадиосвязи недороги по цене, легко развертываются и нетребовательны к условиямокружающей.
Придельта–модуляции частота дискретизации много выше, чем частота В.А.Котельникова,/>. Врезультате соседние отсчеты оказываются сильно коррелированными, т.е.:
/> ( 1)
иможно более точно предсказать текущий отсчет по предшествующему. Т.к. в системес дельта–модуляцией используется одноразрядный (двухуровневый) квантователь, тоскорость передачи информации при этом равняется частоте дискретизации />.
/>1.Линейная дельта–модуляция
радиосвязь дельта модуляция сигнал
Вэтом случае шаг квантования фиксирован, а порядок фильтра — предсказателя p=1.Квантователь имеет два уровня:
/> (2)
Коэффициентусиления при этом:
/>. ( 3)
При/>,коэффициент усиления />, но этот результат качественный,практически же коэффициент усиления стремится к постоянному предельномузначению />.
Структурнаясхема системы с дельта–модуляцией имеет вид (рисунок 1).
/>
Рисунок1
Приемнаячасть схемы изображена на рисунке 2.
/>
Рисунок2
Рассмотримсигналы в различных точках этой схемы (рисунок 3).
Придельта–модуляции в тактовых точках передается знак приращения текущего значениясигнала относительно предшествующего. При увеличении исходного сигналаформируется последовательность единиц, а при уменьшении – последовательностьнулей. Квантованное значение в этом случае имеет вид:
/>. ( 4)
/>
Рисунок3
При/> этоуравнение описывает работу дискретного интегратора, в котором осуществляетсянакопление шагов квантования />.
Рассмотримтребования к характеристикам дельта – модулятора. Входной сигнал квантователяимеет вид:
/>, ( 5)
где/> - ошибкаквантования.
Еслипренебречь ошибкой квантования, то /> рассматривается как аппрокимацияпроизводной входного сигнала. Для того, чтобы последовательность отсчетов /> быстровозрастала как и последовательность отсчетов /> необходимо потребовать выполнениеусловия:
/>. ( 6)
Еслиэто условие не удовлетворяется, то возникает ошибка перегрузки (пунктирнаякривая на рисунке 3). Т.к. при перегрузке увеличение и уменьшениепоследовательности /> происходит по ступенчатой линии,то такую дельта – модуляцию называют линейной (ЛДМ).
Еслив течение некоторого интервала времени входной сигнал меняется незначительно,то в линию связи поступает последовательность нулевых и единичных посылок, чтоприводит к флюктуациям восстановленного сигнала с размахом /> дельта, возникает шумдробления.
Рассмотримвопрос выбора оптимального шага квантования. При большом динамическом диапазоневходного сигнала необходимо выбирать большой шаг квантования. Для точногоописания малых уровней входного сигнала необходим меньший шаг квантования.Выбор шага квантования необходимо производить с условием максимизации отношениясигнал – шум квантования при заданной частоте дискретизации. Эти зависимостибыли исследованы для сигнала с гауссовской ФПВ и равномерным спектром. Ониимеют вид (рисунок 4).
/>
Рисунок4
Принекотором /> отношениесигнал – шум квантования достигает максимума. Значения левее /> соответствуетперегрузке, а правее — /> - шуму дробления. Оптимальноезначение отношения сигнал – шум квантования увеличивается на 9 дБ при удвоении />, чтоувеличивает скорость передачи в 2 раза.
Достоинствалинейной дельта – модуляции:
1. Простаяреализация.
2. Низкиетребования к синхронизации.
Недостатоклинейной дельта – модуляции: грубое квантование погрешности предсказания.
/>2.Адаптивная дельта-модуляция
Адаптивныесхемы дельта-модуляторов (АДМ) позволяют значительно улучшить характеристикиЛДМ, в частности грубое квантование погрешности предсказания. Обычно при АДМиспользуется адаптация по выходному сигналу. В этом случае не требуетсясинхронизация по кодовым словам, т.к. шаг квантования в передатчике и приемникеперестраивается в одной и той же кодовой последовательности.
Структурнаясхема АДМ приведена на рисунке 5.
Шагквантования в этой схеме подчиняется следующему правилу:
/>, ( 7)
/>,
где/> — функциятекущего и предшествующего кодового слова. Алгоритм выбора множителя М имеетвид
/>, /> - перегрузка,
/>, /> - шумыдробления,
/>.
Действительнопри перегрузке последовательности на выходе состоят только из нулей или единиц,а при шуме дробления — чередующейся последовательности нулей и единиц.
/>
Рисунок5
Исследованазависимость отношения сигнал/шум квантователя от /> (рисунок 6).
/>
Рисунок6
Сравнимсистемы ЛДМ, АДМ и логарифмической ИКМ (рисунок 7) при /> и />.
/>
Рисунок7
ПроигрышЛДМ по сравнению с АДМ составляет 8 – 14 дБ:
т.е. />дБ,при />кбит/с/>, а при /> кБ/с />.
Улучшениекачества АДМ достигается путем ее незначительного усложнения, все достоинстваЛДМ при этом сохраняются. Использование предсказателя второго порядка в ЛДМ илиАДМ дает выигрыш в отношении сигнал-шум квантования на 4 – 5 дБ.
/>3.Адаптивно-разностная ИКМ (АРИКМ). Общие сведения
Системыс РИКМ обеспечивают выигрыш в 6 – 12 дБ по сравнению с ИКМ с /> — компандером. Наибольшийвыигрыш достигается при переходе от системы без предсказателя к предсказанию1-го порядка. Это означает, что заданное отношение сигнал-шум квантователясистемы с РИКМ можно обеспечить при разрядности меньше на 1 — 2 единицы, чемпри ИКМ. Использование квантователя по /> — закону в разностных схемах(РИКМ) увеличивает отношение сигнал-шум еще на 6 дБ. Характеристики такойсистемы будут слабочувствительны к уровню входного сигнала, а общая разрядностьпредставления уменьшится на 2 — 3 единицы. Телеметрические и речевые сигналыявляются нестационарными, поэтому необходимо использовать адаптивныепредсказатели и квантователи. Такие системы называются адаптивно-разностнымиИКМ (АРИКМ).
/>4.АРИКМ с адаптивным квантованием
Рассмотримструктурную схему АРИКМ с адаптацией по выходному сигналу (рисунок 8).
/>
Рисунок8
СистемуАРИКМ с адаптивным квантованием можно построить с управлением по входу и выходу,при этом шаг квантования пропорционален среднеквадратическому значению сигналана его входе и выходе. Можно управлять шагом квантования и по разностномусигналу. Общий выигрыш системы АРИКМ может составлять 18 – 24 дБ по сравнению садаптивным квантователем с тем же числом уровней. Если применить /> — закон квантования кразностному сигналу, то выигрыш составит 24 – 30 дБ, что позволит уменьшитьразрядность кодового слова на 4 – 5 единиц по сравнению с ИКМ. Дополнительнымдостоинством является возможность работы с входными сигналами, которые имеютбольшой динамический диапазон.
/>5.АРИКМ с адаптивным предсказателем
Всепредыдущие схемы, кроме оптимальных и /> — квантователей принадлежат кпараметрически адаптивным системам. При использовании предсказателей высокогопорядка можно ожидать, что РИКМ даст выигрыш 10 – 12 дБ по сравнению с ИКМ.Величина выигрыша зависит от корреляционной формы сигнала, которая изменяетсяот реализации к реализации. Поэтому целесообразно использовать систему АРИКМ садаптивным предсказанием, которая позволит дополнительно увеличить отношениесигнал-шум квантователя в случае нестационарных сигналов. При этом необходимона блоке отсчетов определять оптимальный порядок предсказателя /> и коэффициентыпредсказания />. Адаптация предсказателя можетосуществляться по входному или выходному сигналу.
Структурнаясхема системы АРИКМ с адаптивным предсказанием изображена на рисунке (рисунок 9).
Приадаптации по входу для восстановления сигнала в приемнике необходимо передавать/>, />и />. Пустькоэффициент предсказания />и порядок предсказания />зависит отвремени. При этом предсказанное значение /> имеет вид:
/>. ( 8)
Приопределении коэффициентов />предполагают, что свойства сигналане изменяются во времени в течение определенного интервала времени. Дляречевого сигнала этот интервал составляет 50 – 100 мс.
/>
Рисунок9
Рассмотримзависимости отношения сигнал-шум для адаптивных (АП) и фиксированных (ФП)предсказаний (рисунок 10).
/>
Рисунок10
Верхняяграница отношения сигнал-шум /> при фиксированном предсказаниисоставляет 10 дБ, а при адаптивном предсказании составляет 14 – 15 дБ. При этомчувствительность адаптивного предсказателя к изменению свойств сигналазначительно ниже, чем у фиксированного предсказателя.
/>6.Сравнение цифровых систем кодирования
Сравнениеразличных систем кодирования производилось при речевых сигналах [4]. Рассмотримсистему:
1.Неадаптивной ИКМ с /> — законом квантования.
2.Адаптивной ИКМ с оптимальнымГауссовским квантованием и управлением по входному сигналу.
3.РИКМ с неадаптивным предсказателемпервого порядка и адаптивным квантователем с управлением по выходному сигналу.
4.АРИКМ с адаптивным предсказателемпервого порядка и адаптивным квантователем с управлением по входному сигналу.
5.АРИКМ с предсказателем четвертогопорядка и адаптивным квантователем с управлением по входному сигналу.
6.АРИКМ с предсказателем двенадцатогопорядка и адаптивным квантователем с управлением по входному сигналу.
/>
Рисунок11
Кривыеотстают друг от друга на 6 дБ. На практике субъективное качество речи сигнала всистеме с АРИКМ оказывается лучше, чем с ИКМ при том же отношении сигнал – шум.Обычно 4-х разрядная АРИКМ с адаптивным квантованием оказывается лучше 8-миразрядной ИКМ с /> - компандером. Если применять /> - квантовательдля разностного сигнала, то выигрыш АРИКМ дополнительно увеличится на 6 дБ посравнению с ИКМ и /> — законом квантования.
Заключение
Телекоммуникацииявляются одной из наиболее быстро развивающихся областей современной науки итехники. Жизнь современного общества уже невозможно представить без техдостижений, которые были сделаны в этой отрасли за немногим более ста лет развития.Отличительная особенность нашего времени — непрерывно возрастающая потребностьв передаче потоков информации на большие расстояния. Это обусловлено многимипричинами, и в первую очередь тем, что связь стала одним из самых мощныхрычагов управления экономикой страны. Одновременно, претерпевая значительныеизменения, становясь многосторонней и всеобъемлющей, электросвязь каждой страныстановится все более интегрированной в мировое телекоммуникационноепространство.
Списоклитературы
1. КирилловС.Н., Поспелов А.В. Дискретные сигналы в радиотехнических системах. Учебноепособие. Рязань. РГРТА, 2003. 60с.
2. КирилловС.Н., Виноградов О.Л., Лоцманов А.А. Алгоритмы адаптации цифровых фильтров врадиотехнических устройствах. Учебное пособие. Рязань. РГРТА, 2004. 80с.
3. КирилловС.Н., Дмитриев В.Т. Алгоритмы защиты речевой информации в телекоммуникационныхсистемах. Учебное пособие с грифом УМО. Рязань. РГРТА, 2005. 128с.
4. ТепляковИ.М., Рощин Б.В., Фомин А.И., Вейцель В.А. Радиосистемы передачи информации:Учебное пособие для вузов / М.: Радио и связь. 1982. 264с.
Размещено на www.