|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы Здесь [1 = 100 и А =87,7 - коэффициенты сжатия; х, у - входные и выходные значения сигнала при компрессии: sgn (х) - полярность X. Чем больше коэффициенты сжатия, тем больше разница между максимальным и минимальным шагом квантования. Увеличение коэффициента сжатия улучшает отношение сигнал/шум для слабых сигналов и ухудшает для сильных. Отношение средней мощности сигнала 5 к средней мощности шума квантования определяется как = л;эфф/ /( 2 С Р \ п где Хзфф - эффективное значение сигнала на единичном сопротивлении; X - число уровней квантования; г/ {х) - стандартизированный закон компрессии; р {х) - вероятность мгновенных значений сигнала, зависящая от 0) e/s 0/7, (1/7) (01 о
X 512 его структуры. Можно использовать это выражение для вычисления отношения 10 log (S/Nf,) как liL L 6Ш16 8 61, m 0(0/ Рис. 1.6. Характеристики мгновенного ком-пандирования при 13- (/) и I!-сегментном (2) кодировании: X, у - соответственно входной н выходной уровни -80 -ВО -♦(? -го о s,SB Рис. 1.7, Зависимость уровня отношения сигпал/шум квантования ог пикового уровня синусоидального сигнала частотой 1 кГц для разных типов компандирования: 1,2- 13- и 11-сегментное ко-днрованне функции эффективного значения сигнала Хзфф, когда р (х) и у {х} известны. Мгновенное компандирование. Эта операция позволяет уменьшить число бит на выборку п в источнике кода. Характеристика компандирования, соответствующая используемому в настоящее время в телефонии 13-сегментному кодированию, показана на рис. 1.6. При 13-сегментном кодировании можно уменьшить число бит на выборку с 14 до 10. Влияние такой характеристики на отношение S/N показано графически на рис. 1.7. На низких уровнях оно не отличается от значений при 14-битном кодировании, на высоких уровнях отношение 10 iog (S/Ng) становится постоянны.м, приближаясь к 50 дБ. Кривая / на рис. 1.7 вычислена для синусоидального сигнала, однако указанный способ 13-сегментного кодирования требует введения предыскажений при передаче сигнала и последующей коррекции при его восстановлении. Только в этом случае сигналы, прошедшие через кодер и декодер, удовлетворяют самым вы- соким требованиям. Однако при каскадном включении нескольких кодеков (из-за некоторого увеличения задержки) качество ухудшается. Поэтому кривая / была модифицирована таким образом, чтобы получить удвоение числа уровней в крайних сегментах. Это дает 11-сегментную характеристику, показанную на рис. 1.6, где соот» ветствующие нормализованные значения даны в скобках. Благодаря такой модификации отношение S/Ng было улучшено на 6 дБ для высоких уровней сигнала. Такой компандер также требует использования предыскажений при передаче сигнала. 3. ВЛИЯНИЕ ОШИБОК НА КАЧЕСТВО СИГНАЛА Происхождение и измерение ошибок данных. При аналоговой передаче информации уровень шума увеличивается по мере прохождения сигналом пути в канале (и тем больше, чем длиннее этот путь), существенно снижая отношение сигнал/шум. При цифровой передаче используются дискретные значения параметров сигналов. В простейшем случае это два сигнала (О и 1),  Информация CiemJH Тент -ЦмЩ- Каиап передачи amoiij- -h тем- г,тор ник Ь псдп i 8 12 20LosUslU.4 Рис. 1.8. График зависимости средней частоты ошибок от отношения сигнал/шум Синхросигнал Цифровой интерфейс Еиихротенап ЦцфроЯой OUIUSOH Ahb/iu-ошибок интерфейс Рис. 1.9. Структурная схема системы для измерения частоты ошибок посредством передачи псевдослучайной двоичноч последовательности получаемые после аналого-цифрового преобразования. На выходе канала передачи эти символы можно полностью восстановить, если флуктуации фронтов импульсов не превышают допустимых пределов, а их амплитуды не меньше определенного уровня. Если эти условия не выполняются, то двоичная «1» может быть воспринята как двоичный «О» и наоборот. Средняя частота ошибок - Число искаженных бит Число переданных бит График зависимости средней частоты ошибок от отношения сиг-нал/шум (для случая белого шума) (ркс. 1.8) описывается формулой [67J -erf ([/з/Л)], = -[1 где Us, Un - среднеквадратичные значения напряжений цифрового сигнала и шума соответственно. При искажениях сигнала типа 1 <-> О ошибки распределяются во времени случайно, что характерно, например, для систем спутни- 1.1. Представление аналогового сигнала двоичными числами
ковой связи. Для электромагнитных полей, которые обладают свойством затухания, характерно импульсное распределение ошибок (группирование ошибок) во времени. Групповые ошибки происходят, например, в магнитной записи. Для получения представления о качестве цифровой системы передачи необходимо ее исследовать в присутствии ошибок. Ошибки можно измерить с помощью системы, изображенной на рис. 1.9. I Задающий генератор вырабатывает псевдослучайную двоичную последовательность (ПСДП), которая через цифровой интерфейс поступает на модулятор. В модуляторе ПСДП преобразуется в сигнал, характеристики которого согласованы с передаточной характеристикой канала. В демодуляторе сигнал восстанавливается, а его искажения являются результатом битовых ошибок. С демодулятора через выходной интерфейс на приемник передаются ПСДП и синхросигнал. Переданный сигнал, в котором могут быть и ошибки, сравнивается побитно с таким же неискаженным сигналом, формируемым на приемном конце. Эффекты, вызываемые битовыми ошибками. Каждая квантованная выборка представляется словом, состоящим из п бит. Обычно для кодирования аналоговых сигналов, представляющих собой переменные напряжения, используют симметричный двоичный код (табл. 1.1). В этой таблице веса бит уменьшаются слева направо. При линейном квантовании веса последовательных бит уменьшаются вдвое, поэтому изменение наименьшего значащего бита дает при декодировании наименьшую амплитудную ошибку и наоборот. Искажение знака приводит к инверсии амплитуды декодированного сигнала, поэтому результирующая амплитудная ошибка зависит от двоичного значения выборки: она изменяется от О (пауза) до 100 % (максимальный уровень входного звукового сигнала) динамического диапазона (рис. 1.10). С уменьшением веса бита ошибка снижается на величину 6 дБ на каждый бит. Искажение знака приводит к ошибке, значение которой зависит от кодированной выборки. В паузах ошибка в знаке не влияет на результат, что является главным нреимущ-еством этого вида кодирования. Для систем, использующих мгновенное компандирование, максимальная ошибка меньше, чем в случае линейного кодирования. Типичный сигнал на выходе ЦАП изображен на рис. 1.11. Если слово в коде искажено, то на выходе ЦАП появляется ложный импульс длительностью, равной периоду выборки Гд = 1/7д. Спектральные плотности амплитуд (/) и (f) (рис. 1.12) для двух рзз1:ых ложных нгчпульсов Ll и бз как функции частоты / описы-Бле гея соотношением (/) = и sin (я /о) /д я д 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 |