Учебники

Цифровая связь – техника

Есть несколько методов, которые проложили основной путь к цифровым коммуникационным процессам. Для оцифровки сигналов у нас есть методы дискретизации и квантования.

Чтобы они были представлены математически, у нас есть технологии LPC и цифрового мультиплексирования. Эти методы цифровой модуляции дополнительно обсуждаются.

Линейное прогнозирующее кодирование

Линейное прогнозирующее кодирование (LPC) – это инструмент, который представляет цифровые речевые сигналы в модели линейного прогнозирования. Это в основном используется при обработке аудиосигналов, синтезе речи, распознавании речи и т. Д.

Линейное предсказание основано на идее, что текущая выборка основана на линейной комбинации прошлых выборок. Анализ оценивает значения сигнала с дискретным временем как линейную функцию предыдущих выборок.

Спектральная огибающая представляется в сжатом виде, используя информацию линейной прогнозирующей модели. Это может быть математически представлено как –

s(n)= displaystyle sum limitpk=1 alphaks(nk) для некоторого значения p и α k

куда

  • s (n) – текущий образец речи

  • к конкретный образец

  • р является самым последним значением

  • α k – коэффициент предиктора

  • s (n – k) – предыдущий образец речи

s (n) – текущий образец речи

к конкретный образец

р является самым последним значением

α k – коэффициент предиктора

s (n – k) – предыдущий образец речи

Для LPC значения коэффициента предиктора определяются путем минимизации суммы квадратов разностей (за конечный интервал) между фактическими речевыми выборками и линейно предсказанными.

Это очень полезный метод для кодирования речи с низкой скоростью передачи данных. Метод LPC очень близок к методу быстрого преобразования Фурье (FFT) .

мультиплексирование

Мультиплексирование – это процесс объединения нескольких сигналов в один сигнал через общую среду. Эти сигналы, если они аналоговые по своей природе, этот процесс называется аналоговым мультиплексированием . Если цифровые сигналы мультиплексируются, это называется цифровым мультиплексированием .

Мультиплексирование впервые было разработано в телефонии. Ряд сигналов были объединены для отправки по одному кабелю. Процесс мультиплексирования делит канал связи на несколько логических каналов, выделяя каждый канал для другого сигнала сообщения или потока данных для передачи. Устройство, которое выполняет мультиплексирование, может называться MUX . Обратный процесс, т. Е. Извлечение количества каналов из одного, что выполняется в приемнике, называется демультиплексированием . Устройство, которое выполняет демультиплексирование, называется DEMUX .

Следующие цифры представляют MUX и DEMUX. Их основное использование в области связи.

мультиплексирование

Типы мультиплексоров

Существует в основном два типа мультиплексоров, а именно аналоговый и цифровой. Они также делятся на FDM, WDM и TDM. Следующий рисунок дает подробное представление об этой классификации.

Типы мультиплексоров

На самом деле, существует много типов методов мультиплексирования. Из них все мы имеем основные типы с общей классификацией, упомянутые на рисунке выше.

Аналоговое мультиплексирование

Методы аналогового мультиплексирования включают сигналы, которые являются аналоговыми по своей природе. Аналоговые сигналы мультиплексируются в соответствии с их частотой (FDM) или длиной волны (WDM).

Мультиплексирование с частотным разделением (FDM)

В аналоговом мультиплексировании наиболее часто используемым методом является мультиплексирование с частотным разделением (FDM) . Этот метод использует различные частоты для объединения потоков данных, для отправки их на коммуникационную среду, в виде единого сигнала.

Пример . Традиционный телевизионный передатчик, который передает несколько каналов по одному кабелю, использует FDM.

Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM)

Мультиплексирование с разделением по длине волны представляет собой аналоговый метод, в котором множество потоков данных с различными длинами волн передаются в световом спектре. Если длина волны увеличивается, частота сигнала уменьшается. Призма, которая может превращать волны различной длины в одну линию, может использоваться на выходе MUX и входе DEMUX.

Пример. В оптоволоконной связи используется метод WDM для объединения различных длин волн в один источник света для связи.

Цифровое мультиплексирование

Термин цифровой представляет дискретные биты информации. Следовательно, доступные данные находятся в форме кадров или пакетов, которые являются дискретными.

Мультиплексирование с временным разделением (TDM)

В TDM временные рамки делятся на временные интервалы. Этот метод используется для передачи сигнала по одному каналу связи путем выделения одного интервала для каждого сообщения.

Из всех типов TDM основными являются синхронный и асинхронный TDM.

Синхронный TDM

В синхронном TDM вход подключен к кадру. Если имеется n соединений, то кадр делится на n слотов. Один слот выделяется для каждой входной линии.

В этом методе частота дискретизации является общей для всех сигналов и, следовательно, задается один и тот же тактовый вход. MUX постоянно выделяет один и тот же слот каждому устройству.

Асинхронный TDM

В асинхронном TDM частота дискретизации отличается для каждого из сигналов, и общий тактовый генератор не требуется. Если выделенное устройство в течение временного интервала ничего не передает и бездействует, то этот слот выделяется другому устройству, в отличие от синхронного. Этот тип TDM используется в сетях с асинхронным режимом передачи.

Регенеративный Повторитель

Чтобы любая система связи была надежной, она должна передавать и принимать сигналы эффективно, без потерь. Волна PCM после передачи по каналу искажается из-за шума, вносимого каналом.

Регенеративный импульс по сравнению с исходным и полученным импульсом будет таким, как показано на следующем рисунке.

Регенеративный пульс

Для лучшего воспроизведения сигнала в тракте перед приемником используется схема, называемая регенеративным повторителем . Это помогает восстановить сигналы от произошедших потерь. Ниже приведено схематическое изображение.

Регенеративный Повторитель

Он состоит из эквалайзера, усилителя, схемы синхронизации и устройства для принятия решений. Их работа каждого из компонентов подробно описана ниже.

Эквалайзер

Канал производит амплитудные и фазовые искажения для сигналов. Это связано с характеристиками передачи канала. Схема эквалайзера компенсирует эти потери путем формирования принятых импульсов.

Цепь времени

Для получения качественного выхода выборка импульсов должна выполняться там, где отношение сигнал / шум (ОСШ) является максимальным. Для достижения этой идеальной выборки периодическая последовательность импульсов должна быть получена из принятых импульсов, что выполняется схемой синхронизации.

Следовательно, схема синхронизации выделяет интервал синхронизации для выборки при высоком SNR посредством принятых импульсов.

Устройство принятия решений

Схема синхронизации определяет время выборки. Устройство принятия решения включено в эти времена выборки. Устройство принятия решения определяет свой выходной сигнал на основе того, превышает ли амплитуда квантованного импульса и шум заранее установленное значение или нет.

Это несколько методов, используемых в цифровой связи. Есть и другие важные методы, которые необходимо изучить, называемые методами кодирования данных. Давайте узнаем о них в следующих главах, после того как взглянем на строковые коды.