А
Б В
Г Д
Е Ж
З И
К Л
М Н
О П
Р С
Т У
Ф Х
Ц Ч
Ш Э
Ю Я
Реферат: Вопросы длы программированного контроля по курсу "Механика"
Вопросы длы программированного контроля по курсу "Механика"
О.С. А
ВХОД
О.С. В
Строб. К
d d
d
d
УК7 УК0
d2 - d4
СИГНАЛ КОДЕРА
Рис. 9.
в УО 6. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПОВ КОДИРОВАНИЯ И
ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ КОДЕРА
6.1ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ИКМ И ПРОЦЕСС КОДИРОВАНИЯ В НЕЛИНЕЙНЫХ КОДЕРАХ.
В цифровых системах передачи аналоговые сигналы преобразуются с помощью аналого-цифровых преобразователей ( АЦП ) в цифровую последовательность импульсов двоичного кода. На приемном конце для воспроизведения исходных сигналов производится обратное цифро-аналоговое преобразование ( ЦАП ). Передача сигналов в цифровом виде определяет высокую помехоустойчивость цифровых систем передачи. Преобразование в цифровой вид может быть обеспечено импульсно - кодовой модуляцией ( ИКМ ), дельта - модуляцией ( ДМ ) и их модификациями. При ИКМ кодовыми группами двоичного кода кодируются отсчетные значения аналогового сигнала. В соответствии с этим ИКМ осуществляется в следующем порядке: дискретизация аналогового сигнала во времени, квантование по уровню отсчетных значений сигнала и их кодирование. Квантование и кодирование осуществляется в одном функциональном узле, называемом кодером.
Временная дискретизация представляет собой амплитудную модуляцию импульсной последовательности входным аналоговым сигналом. Различают амплитудно- импульсную модуляцию первого ( АИМ-1 ) и второго ( АИМ-2 ) родов. При АИМ-1 амплитуда импульсов ( отсчетов ), следующих с частотой дискретизации fд, изменяется в соответствии с изменением входного сигнала. При АИМ-2 амплитуда каждого отсчета равна значению входного сигнала в момент отсчета (рис. 5)
Для изменения погрешности амплитудного квантования значения отсчета в процессе квантования должно оставаться постоянным. Поэтому при импульсно - кодовой модуляции используется АИМ-2.
f(t) f(t)
АИМ-1 t АИМ-2 t
рис. 5. Сигналы АИМ-1 и АИМ-2.
Для восстановления исходного сигнала из последовательности отсчетов их нужно пропустить через фильтр нижних частот среза, соответствующей fв. Исходный сигнал будет выделен из последовательности отсчетов, если боковые полосы не накладываются друг на друга. Для этого нужно, чтобы было выполнено условие:
fд ( 2fв ( 6.1 )
Это условие соответствует теореме Котельникова-Шеннона:
Непрерывный сигнал, ограниченный по спектру частотой fв, может быть восстановлен без искажений из последовательности дискретных отсчетов этого сигнала, если частота дискретизации fд по крайней мере в 2 раза выше наибольшей частоты fв, содержащейся в спектре исходного сигнала. Исходный аналоговый сигнал не имеет четкой верхней граничной частоты, поэтому перед дискретизацией производится ограничение спектра исходного сигнала.
В настоящем проекте в аппаратуре ИКМ - 120, предназначенной для организации каналов ТЧ, частота fв равна 3400 Гц. Тогда обращаясь к выше описанному по теореме Котельникова частота дискретизации 6800Гц
Для упрощения фильтров ограничивающих спектр fд берется больше чем 2fв. Для канала ТЧ по МККТТ значение fд берется 8000 Гц.
Квантование сигнала с линейной шкалой характеристики не позволяет , получить высокое качество передачи сигнала с малой амплитудой. Поэтому в системах с ИКМ - ВРК квантование с линейной шкалой не применяется.
В системах ИКМ - ВРК вместо плавной амплитудной характеристики, которую имеют аналоговые компандеры , применяют сегментные характеристики. Они представляют собой кусочно-ломанную опроксимацию плавных характеристик, при которой изменение крутизны происходит дискретными ступенями. Наибольшее распространение получила сегментная характеристика компандирования типа А-87,6 / 13, где аппроксимация логарифмической характеристики производится по так называемому А- закону:
( (А | Iвх / Imax |) / (1+LnА) при | Iвх / Imax | ( 1/А Iвых / Imax (
( (1+Ln(A | Iвх / Imax |)) / (1+LnA) при 1/А ( |Iвх/Imax| ( 1 (6.2)
Здесь А- коэффициент компрессии, равный 87,6 , а сама характеристика строится из 13 сегментов ( рис.6 ). Эта характеристика содержит в положительной области сегменты С1,С2,С3…,С8, находящиеся между точками
0-1,1-2,2-3,…,7-8.
Аналогичным образом строится характеристика для отрицательной области значений входного сигнала. Четыре центральных сегмента (два в положительной и два в отрицательных областях) объединяются в один центральный сегмент, поэтому общее число сегментов на двухполярной характеристике равно 13. Каждый из 16 сегментов характеристики содержит по 16 шагов (уровней) квантования, а общее число уровней равно 256, из них 128 положительных и 128 отрицательных.
Iвых / Imax
928 ( 2048()
C8
112 7(1024()
C7
96 6(512()
89 С6
80 5(256()
С5
64 4(128()
С4
48 3(64()
С3
32 2(32()
С2
16 1(16()
С1
0,125 Im 0,25 0,5 1 Iвх
0,062 Imax
0,031
0,016
0,008
Рис. 6. Характеристика типа А-87,6 / 13
Каждый сегмент, начиная с определенного эталона, называемого основным (рис.6). Шаг квантования внутри каждого сегмента равномерный, а при переходе от одного к другому сегменту изменяется в 2 раза, начиная с центрального сегмента, куда входят С1 иС2. Значения основных и дополнительных эталонов, шагов квантования даны в
табл. ( 1 ).
Таблица 1.
1 000 ( 8 4 2 1 1 0,5
2 001 16 8 4 2 1 1 0,5
3 010 32 16 8 4 2 2 1
4 011 64 32 16 8 4 4 2
5 100 128 64 32 16 8 8 4
6 101 256 128 64 32 16 16 8
7 110 512 256 128 64 32 32 16
8 111 1024 512 256 128 64 64 32
Все эталонные значения в табл.( 1 ) даны у.е. по отношению к значению минимального шага квантования. Сочетание дополнительных эталонов получает получить любой из 16 уровней квантования в данном сегменте. При изменении шага квантования изменяется крутизна характеристики. Четыре центральных сегмента имеют одинаковую крутизну и равные шаги квантования. При таком построении характеристики минимальный шаг квантования (min имеют сегменты С1 и С2 а (max - сегмент C8 причем отношение (max / (min составляет 2 или 64. Это значение примерно характеризует параметр сжатия для сегментной характеристики компандирования, или параметр А. Точное значение этого параметра для непрерывной характеристики типа А определяется из выражения:
А(1+LnА)=2c - (1/nс) ( 6.2 )
и при числе сегментов nс=8 значение А=87,6
Кодирование
Телефонные сигналы, при их дискретизации получают последовательность разнополярных импульсов. Для кодирования разнополярных импульсов используют симметричный двоичный код рис.(7).
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
рис. 6. ИКМ при симметричном коде
Достоинством симметричного двоичного кода является возможность его реализации с помощью простых кодеров, а недостатком - сравнительно низкая помехозащищенность, так как при различном весе разрядов пропадание полного импульса с большим весом приводит к большим искажениям.
Удобным графическим изображением кодов являются кодовые таблицы, характеризующие связь между числом уровней квантования и соответствующими кодовыми комбинациями рис.(6). Каждая строка табл.(1) определяет вид кодовой комбинации, соответствующей числу шагов квантования и полярности импульса квантованного АИМ сигнала.
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
+0
+1
+2
+3
+4
+5
+6
рис. 6. Кодовая таблица симметричного двоичного кода.
Заштрихованная клетка соответствует 1 в данном разряде, не заштрихованная - 0.
Двоичные коды по времени их появления разделяют на параллельные, если сигналы кодовой группы появляются одновременно, и последовательные, если сигналы кодовой группы появляются последовательно во времени, разряд за разрядом.
6.2 ОСОБЕННОСТИ ЭТАПОВ КОДИРОВАНИЯ ПРИ НЕЛИНЕЙНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ КВАНТОВАНИЯ.
В случае сегментной характеристики компрессии типа А-87,6
для кодирования абсолютных величин отсчетов необходимо 11 эталонов с условными весами 2,2,2,…,2 у.е., или 1,2,4,…,1024 у.е. При нелинейном кодировании для обеспечения защищенности Акв ( 25 дБ требуется 128 положительных и 128 отрицательных уровней, а кодовая группа 8 - разрядная.
Кодирование осуществляется за восемь тактов и включает три основных этапа: 1 - определение и кодирование полярности входного сигнала, 2 - определение и кодирование номера сегмента узла, в котором заключен кодируемый отсчет, 3 - определение и кодирование номера уровня квантования сегмента, в зоне которого заключена амплитуда кодируемого отсчета. Первый этап осуществляется за 1-й такт, второй этап за
2…4-й такты, третий этап за 5…8-й такты кодирования.
На первом этапе определяется знак разности между амплитудами токов кодируемого сигнала ( отсчета ) Iс и суммой эталонных токов Iэт,
Iс - Iэт. Если в момент такта кодирования эта разность положительная, т.е. Iс > Iэт то на выходе компаратора формируется 0( пробел ), в противном случае т.е. при Ic На втором этапе определяется и кодируется узел характеристики, определяющей начало сегмента, в котором находится амплитуда кодируемого отсчета ( 0-если в С1 и т.д. ). Для этого выбирается алгоритм работы, обеспечивающий определение узла характеристики за три такта кодирования. В первом такте кодирования амплитуда отсчета Iс сравнивается с Iэт4. Если Ic > Iэт4, это означает нахождения Iс в 5-8-м сегментах характеристики, и вместо тока Iэт4 включается Iэт6. Если при Ic это означает, что Iс в 1…4-м сегментах, и вместо Iэт4 включается Iэт2. Далее в зависимости от результата сравнения на втором этапе кодирования если Ic > Iэт6, включается Iэт7, или если Iс На третьем этапе определяется и кодируется номер уровня квантования внутри выбранного сегмента, в зоне которого находится амплитуда кодируемого отсчета. Третий этап осуществляется за четыре такта методом линейного кодирования. При кодировании в дополнение к основному эталону, определяющему начало сегмента, подключаются дополнительные эталоны с весами 8(с, 4(с, 2(с, (с. В результате сравнения определяется номер уровня квантования, в зоне которого находится амплитуда отсчета.
В результате выполнения указанных операций получается 8-разрядная кодовая комбинация двоичных символов, 1-й разряд указывает полярность кодируемого отсчета; 2…4-й номера сегмента узла характеристики компрессии; 5…8-й номер шага квантования внутри этого сегмента, в зоне которого заключена амплитуда кодируемого отсчета.
6..3 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА КОДЕРА СИСТЕМЫ ИКМ-120.
Кодер предназначен для нелинейного аналого-цифрового преобразования сигнала в восьмиразрядные кодовые комбинации.
В кодере осуществляется закон компандирования, соответствующей характеристике А=87,6 с тринадцатью сегментами.
Аналого-цифровое преобразование имеет следующие параметры:
- число разрядов - 8
- число уровней квантования - 256
- частота дискретизации - 8 Кгц.
Аналого-цифровое преобразование в кодере включает в себя инверсию четных разрядов.
Уровень перегрузки кодирующего устройства соответствует уровню синусоидального входного сигнала, превышающего номинальный уровень на 3,14 дБ.
В основу построения кодера положен метод поразрядного уравновешивания. Сигнал отсчета АИМ-2 многократно сравнивается с эталонными сигналами, которые включаются таким образом, что разность амплитуд этих сигналов в конце цикла кодирования не превышала одного шага квантования.
Структурная схема кодера представлена на рис.(9) и содержит следующие узлы:
- амплитудно-импульсный модулятор АИМ-2.
- компаратор.
- формирователь эталонных сигналов, включающий в себя два одинаковых преобразователя тока (ПТ) и преобразователь код-ток (ПТК).
- дешифратор.
- регистр управления.
- формирователь выходного сигнала кодера.
- устройство коррекции “нуля” кодера.
- схема ввода сигналов контроля и коррекции “нуля” кодера.
- логика реверса.
Описание работы структурной схемы кодера:
Входной сигнал поступает на вход модулятора АИМ-2, где осуществляется дискретизация во времени. На выходе АИМ-2 формируются последовательности импульсов с плоской вершиной и амплитудами, пропорциональными величине входных сигналов в момент дискретизации.
Сигнал АИМ-2 поступает на компоратор, где происходит сравнение его с эталонами, формируемыми ФЭС.
На выходе компаратора формируются сигналы результата сравнения “Обр. связь А” и “Обр. связь В”, которые через схему согласования поступают на регистр управления.
Регистр управления и дешифратор формируют сигналы управления формирователя эталонных сигналов (ФЭС).
Устройство коррекции “нуля” кодера обеспечивает симметрию квантующей характеристики кодера относительно “Нулевого” значения входного сигнала.
Основной особенностью данного кодера является то, что в формирователе эталонных сигналов используется 5 эталонных генераторов тока (с условным весом 2,2,2,2,2 ).
Работа кодера поясняется временными диаграммами рис.(10). В момент времени tо производится определение полярности входного сигнала. Компаратор формирует импульсы на одном из выходов “Обр. связь А” и “Обр. связь В” и в зависимости от знака d или d , формируемого из этих сигналов, логика реверса подключает выходы дешифратора к одному из преобразователей тока. Одновременно в момент времени tо начинается поиск сегмента характеристики компрессии, в пределах которого находится амплитуда данного отсчета сигнала. При этом в ПТК включается старший эталон, и ключ S4 в преобразователе тока. На выходе матрицы имеем эталонный ток Iэт=128 у.е. (т.к. ток от источника I=2048у.е. проходит через S4 и компрессируется в матрице в 8 раз). Затем в следующий момент времени по решению компаратора в дешифраторе вырабатывается сигнал, который выключает ключ S4 и вклчает ключ S2 или S6. Поиск сегмента длится в течение трех тактов кодирования. В результате в преобразователе тока остается включенным только один ключ. Алгоритм поиска сегмента показан на рис.(11).
АИМ-2
сроб
Р7
Р8
Р1
Р2
Р3
Р4
Р5
Р6
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
в
d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7
рис. 10. Временные диаграммы работы кодера.
Но- пьедестал сегмента пьедестал
мер ( у.е. ) ( у.е. )
сег. 2048
72 210 000
1024
6 2 9 001
512
5 2 010
256
4 2 011
128
3
64 2 100
2
32 2 101
1
16 2 110
0
0 t 111
t0 t1 t2 t3 код номе –
ра.
определение сегмента
полярности определение сегмента (обратный)
рис. 11. Алгоритм поиска сегмента.
|
