Рефетека.ру / Коммуникации и связь

Контрольная работа: Дискретные сигналы в радиотехнических системах

Размещено на http://

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

Список литературы

Введение


Радиосвязь - одно из самых простых и надежных средств связи. Рации полезны и удобны, их можно использовать там, где недоступен ни один другой вид связи, системы радиосвязи недороги по цене, легко развертываются и нетребовательны к условиям окружающей.

При дельта–модуляции частота дискретизации много выше, чем частота В.А. Котельникова, Дискретные сигналы в радиотехнических системах. В результате соседние отсчеты оказываются сильно коррелированными, т.е.:


Дискретные сигналы в радиотехнических системах ( 1)


и можно более точно предсказать текущий отсчет по предшествующему. Т.к. в системе с дельта–модуляцией используется одноразрядный (двухуровневый) квантователь, то скорость передачи информации при этом равняется частоте дискретизации Дискретные сигналы в радиотехнических системах.

1. Линейная дельта–модуляция

радиосвязь дельта модуляция сигнал

В этом случае шаг квантования фиксирован, а порядок фильтра - предсказателя p=1. Квантователь имеет два уровня:


Дискретные сигналы в радиотехнических системах (2)


Коэффициент усиления при этом:


Дискретные сигналы в радиотехнических системах. ( 3)


При Дискретные сигналы в радиотехнических системах, коэффициент усиления Дискретные сигналы в радиотехнических системах, но этот результат качественный, практически же коэффициент усиления стремится к постоянному предельному значению Дискретные сигналы в радиотехнических системах.

Структурная схема системы с дельта–модуляцией имеет вид (рисунок 1).


Дискретные сигналы в радиотехнических системах

Рисунок 1


Приемная часть схемы изображена на рисунке 2.


Дискретные сигналы в радиотехнических системах

Рисунок 2

Рассмотрим сигналы в различных точках этой схемы (рисунок 3).

При дельта–модуляции в тактовых точках передается знак приращения текущего значения сигнала относительно предшествующего. При увеличении исходного сигнала формируется последовательность единиц, а при уменьшении – последовательность нулей. Квантованное значение в этом случае имеет вид:


Дискретные сигналы в радиотехнических системах. ( 4)


Дискретные сигналы в радиотехнических системах

Рисунок 3


При Дискретные сигналы в радиотехнических системах это уравнение описывает работу дискретного интегратора, в котором осуществляется накопление шагов квантования Дискретные сигналы в радиотехнических системах.

Рассмотрим требования к характеристикам дельта – модулятора. Входной сигнал квантователя имеет вид:


Дискретные сигналы в радиотехнических системах, ( 5)

где Дискретные сигналы в радиотехнических системах - ошибка квантования.


Если пренебречь ошибкой квантования, то Дискретные сигналы в радиотехнических системах рассматривается как аппрокимация производной входного сигнала. Для того, чтобы последовательность отсчетов Дискретные сигналы в радиотехнических системах быстро возрастала как и последовательность отсчетов Дискретные сигналы в радиотехнических системах необходимо потребовать выполнение условия:


Дискретные сигналы в радиотехнических системах. ( 6)


Если это условие не удовлетворяется, то возникает ошибка перегрузки (пунктирная кривая на рисунке 3). Т.к. при перегрузке увеличение и уменьшение последовательности Дискретные сигналы в радиотехнических системах происходит по ступенчатой линии, то такую дельта – модуляцию называют линейной (ЛДМ).

Если в течение некоторого интервала времени входной сигнал меняется незначительно, то в линию связи поступает последовательность нулевых и единичных посылок, что приводит к флюктуациям восстановленного сигнала с размахом Дискретные сигналы в радиотехнических системах дельта, возникает шум дробления.

Рассмотрим вопрос выбора оптимального шага квантования. При большом динамическом диапазоне входного сигнала необходимо выбирать большой шаг квантования. Для точного описания малых уровней входного сигнала необходим меньший шаг квантования. Выбор шага квантования необходимо производить с условием максимизации отношения сигнал – шум квантования при заданной частоте дискретизации. Эти зависимости были исследованы для сигнала с гауссовской ФПВ и равномерным спектром. Они имеют вид (рисунок 4).


Дискретные сигналы в радиотехнических системах

Рисунок 4

При некотором Дискретные сигналы в радиотехнических системах отношение сигнал – шум квантования достигает максимума. Значения левее Дискретные сигналы в радиотехнических системах соответствует перегрузке, а правее - Дискретные сигналы в радиотехнических системах - шуму дробления. Оптимальное значение отношения сигнал – шум квантования увеличивается на 9 дБ при удвоении Дискретные сигналы в радиотехнических системах, что увеличивает скорость передачи в 2 раза.

Достоинства линейной дельта – модуляции:

Простая реализация.

Низкие требования к синхронизации.

Недостаток линейной дельта – модуляции: грубое квантование погрешности предсказания.


2. Адаптивная дельта-модуляция


Адаптивные схемы дельта-модуляторов (АДМ) позволяют значительно улучшить характеристики ЛДМ, в частности грубое квантование погрешности предсказания. Обычно при АДМ используется адаптация по выходному сигналу. В этом случае не требуется синхронизация по кодовым словам, т.к. шаг квантования в передатчике и приемнике перестраивается в одной и той же кодовой последовательности.

Структурная схема АДМ приведена на рисунке 5.

Шаг квантования в этой схеме подчиняется следующему правилу:


Дискретные сигналы в радиотехнических системах, ( 7)

Дискретные сигналы в радиотехнических системах,


где Дискретные сигналы в радиотехнических системах- функция текущего и предшествующего кодового слова. Алгоритм выбора множителя М имеет вид


Дискретные сигналы в радиотехнических системах, Дискретные сигналы в радиотехнических системах - перегрузка,

Дискретные сигналы в радиотехнических системах, Дискретные сигналы в радиотехнических системах - шумы дробления,

Дискретные сигналы в радиотехнических системах.


Действительно при перегрузке последовательности на выходе состоят только из нулей или единиц, а при шуме дробления - чередующейся последовательности нулей и единиц.


Дискретные сигналы в радиотехнических системах

Рисунок 5


Исследована зависимость отношения сигнал/шум квантователя от Дискретные сигналы в радиотехнических системах (рисунок 6).


Дискретные сигналы в радиотехнических системах

Рисунок 6

Сравним системы ЛДМ, АДМ и логарифмической ИКМ (рисунок 7) при Дискретные сигналы в радиотехнических системах и Дискретные сигналы в радиотехнических системах.


Дискретные сигналы в радиотехнических системах

Рисунок 7


Проигрыш ЛДМ по сравнению с АДМ составляет 8 – 14 дБ:

т. е. Дискретные сигналы в радиотехнических системахдБ, при Дискретные сигналы в радиотехнических системахкбит/с Дискретные сигналы в радиотехнических системах, а при Дискретные сигналы в радиотехнических системах кБ/с Дискретные сигналы в радиотехнических системах.

Улучшение качества АДМ достигается путем ее незначительного усложнения, все достоинства ЛДМ при этом сохраняются. Использование предсказателя второго порядка в ЛДМ или АДМ дает выигрыш в отношении сигнал-шум квантования на 4 – 5 дБ.


3. Адаптивно-разностная ИКМ (АРИКМ). Общие сведения


Системы с РИКМ обеспечивают выигрыш в 6 – 12 дБ по сравнению с ИКМ с Дискретные сигналы в радиотехнических системах- компандером. Наибольший выигрыш достигается при переходе от системы без предсказателя к предсказанию 1-го порядка. Это означает, что заданное отношение сигнал-шум квантователя системы с РИКМ можно обеспечить при разрядности меньше на 1 - 2 единицы, чем при ИКМ. Использование квантователя по Дискретные сигналы в радиотехнических системах- закону в разностных схемах (РИКМ) увеличивает отношение сигнал-шум еще на 6 дБ. Характеристики такой системы будут слабочувствительны к уровню входного сигнала, а общая разрядность представления уменьшится на 2 - 3 единицы. Телеметрические и речевые сигналы являются нестационарными, поэтому необходимо использовать адаптивные предсказатели и квантователи. Такие системы называются адаптивно-разностными ИКМ (АРИКМ).


4. АРИКМ с адаптивным квантованием


Рассмотрим структурную схему АРИКМ с адаптацией по выходному сигналу (рисунок 8).

Дискретные сигналы в радиотехнических системах

Рисунок 8


Систему АРИКМ с адаптивным квантованием можно построить с управлением по входу и выходу, при этом шаг квантования пропорционален среднеквадратическому значению сигнала на его входе и выходе. Можно управлять шагом квантования и по разностному сигналу. Общий выигрыш системы АРИКМ может составлять 18 – 24 дБ по сравнению с адаптивным квантователем с тем же числом уровней. Если применить Дискретные сигналы в радиотехнических системах- закон квантования к разностному сигналу, то выигрыш составит 24 – 30 дБ, что позволит уменьшить разрядность кодового слова на 4 – 5 единиц по сравнению с ИКМ. Дополнительным достоинством является возможность работы с входными сигналами, которые имеют большой динамический диапазон.


5. АРИКМ с адаптивным предсказателем


Все предыдущие схемы, кроме оптимальных и Дискретные сигналы в радиотехнических системах- квантователей принадлежат к параметрически адаптивным системам. При использовании предсказателей высокого порядка можно ожидать, что РИКМ даст выигрыш 10 – 12 дБ по сравнению с ИКМ. Величина выигрыша зависит от корреляционной формы сигнала, которая изменяется от реализации к реализации. Поэтому целесообразно использовать систему АРИКМ с адаптивным предсказанием, которая позволит дополнительно увеличить отношение сигнал-шум квантователя в случае нестационарных сигналов. При этом необходимо на блоке отсчетов определять оптимальный порядок предсказателя Дискретные сигналы в радиотехнических системах и коэффициенты предсказания Дискретные сигналы в радиотехнических системах. Адаптация предсказателя может осуществляться по входному или выходному сигналу.

Структурная схема системы АРИКМ с адаптивным предсказанием изображена на рисунке (рисунок 9).

При адаптации по входу для восстановления сигнала в приемнике необходимо передавать Дискретные сигналы в радиотехнических системах, Дискретные сигналы в радиотехнических системахи Дискретные сигналы в радиотехнических системах. Пусть коэффициент предсказания Дискретные сигналы в радиотехнических системахи порядок предсказания Дискретные сигналы в радиотехнических системахзависит от времени. При этом предсказанное значение Дискретные сигналы в радиотехнических системах имеет вид:


Дискретные сигналы в радиотехнических системах. ( 8)

При определении коэффициентов Дискретные сигналы в радиотехнических системахпредполагают, что свойства сигнала не изменяются во времени в течение определенного интервала времени. Для речевого сигнала этот интервал составляет 50 – 100 мс.


Дискретные сигналы в радиотехнических системах

Рисунок 9


Рассмотрим зависимости отношения сигнал-шум для адаптивных (АП) и фиксированных (ФП) предсказаний (рисунок 10).


Дискретные сигналы в радиотехнических системах

Рисунок 10

Верхняя граница отношения сигнал-шум Дискретные сигналы в радиотехнических системах при фиксированном предсказании составляет 10 дБ, а при адаптивном предсказании составляет 14 – 15 дБ. При этом чувствительность адаптивного предсказателя к изменению свойств сигнала значительно ниже, чем у фиксированного предсказателя.


6. Сравнение цифровых систем кодирования


Сравнение различных систем кодирования производилось при речевых сигналах [4]. Рассмотрим систему:

Неадаптивной ИКМ с Дискретные сигналы в радиотехнических системах- законом квантования.

Адаптивной ИКМ с оптимальным Гауссовским квантованием и управлением по входному сигналу.

РИКМ с неадаптивным предсказателем первого порядка и адаптивным квантователем с управлением по выходному сигналу.

АРИКМ с адаптивным предсказателем первого порядка и адаптивным квантователем с управлением по входному сигналу.

АРИКМ с предсказателем четвертого порядка и адаптивным квантователем с управлением по входному сигналу.

АРИКМ с предсказателем двенадцатого порядка и адаптивным квантователем с управлением по входному сигналу.


Дискретные сигналы в радиотехнических системах

Рисунок 11

Кривые отстают друг от друга на 6 дБ. На практике субъективное качество речи сигнала в системе с АРИКМ оказывается лучше, чем с ИКМ при том же отношении сигнал – шум. Обычно 4-х разрядная АРИКМ с адаптивным квантованием оказывается лучше 8-ми разрядной ИКМ с Дискретные сигналы в радиотехнических системах - компандером. Если применять Дискретные сигналы в радиотехнических системах - квантователь для разностного сигнала, то выигрыш АРИКМ дополнительно увеличится на 6 дБ по сравнению с ИКМ и Дискретные сигналы в радиотехнических системах- законом квантования.

Заключение


Телекоммуникации являются одной из наиболее быстро развивающихся областей современной науки и техники. Жизнь современного общества уже невозможно представить без тех достижений, которые были сделаны в этой отрасли за немногим более ста лет развития. Отличительная особенность нашего времени - непрерывно возрастающая потребность в передаче потоков информации на большие расстояния. Это обусловлено многими причинами, и в первую очередь тем, что связь стала одним из самых мощных рычагов управления экономикой страны. Одновременно, претерпевая значительные изменения, становясь многосторонней и всеобъемлющей, электросвязь каждой страны становится все более интегрированной в мировое телекоммуникационное пространство.

Список литературы


Кириллов С.Н., Поспелов А.В. Дискретные сигналы в радиотехнических системах. Учебное пособие. Рязань. РГРТА, 2003. 60с.

Кириллов С.Н., Виноградов О.Л., Лоцманов А.А. Алгоритмы адаптации цифровых фильтров в радиотехнических устройствах. Учебное пособие. Рязань. РГРТА, 2004. 80с.

Кириллов С.Н., Дмитриев В.Т. Алгоритмы защиты речевой информации в телекоммуникационных системах. Учебное пособие с грифом УМО. Рязань. РГРТА, 2005. 128с.

Тепляков И.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 http://

Похожие работы:

  1. • Обобщенные дискретные представления информации
  2. • Методы рационального кодирования
  3. • Радиотехнические цепи и сигналы
  4. • Система многомасштабного анализа дискретных ...
  5. • Дискретные сигналы
  6. • Прохождение случайного сигнала через дискретную и нелинейную ...
  7. • Расчет переходных процессов в дискретных системах управления
  8. • Анализ типового радиотехнического звена
  9. • Цифровая обработка сигналов
  10. • Устойчивость дискретных систем управления
  11. • Дискретно-аналоговое представление
  12. • Характеристика дискретных систем автоматического управления
  13. • Дискретные цепи
  14. • Амплитудная модуляция смещением
  15. • Описание сигналов
  16. •  ... входным сигналом. Математическое описание дискретных систем
  17. • Сигналы и процессы в радиотехнике (СиПРТ)
  18. • Автоматизированные технологические комплексы
  19. • Цифровая обработка сигнала (Digital Signal processing)
Рефетека ру refoteka@gmail.com