Základní principy přeměny analogového signálu na digitální

Transkript

1 Základní y přeměny analogového signálu na digitální Pro přenos analogového signálu digitálním systémem, je potřeba analogový signál digitalizovat. Digitalizace je uskutečňována pomocí A/D převodníků. V rámci stávajících systémů se nejčastěji používá modulace PCM, která však nepatří mezi nejúspornější. Přesto svou redundancí zajišťuje pro hlas nejpřijatelnější podmínky co se týče kvality přenosu. Kvantované impulsní modulace - pulsní kódová modulace PCM - delta modulace DM - adaptivní delta modulace ADM - diferenciální pulsně kódová modulace DPCM - adaptivní diferenciální pulsně kódová modulace ADPCM Pulsní kódová modulace (PCM) PCM je mezinárodním standardem pro digitální zpracování telefonních signálů (obr 7.1). Ty se vzorkují vzorkovacím kmitočtem F V =8kHz. Musí platit Shannonův (Nyquistův) teorém F V 2F m tj.vzorkovací frekvence musí být alespoň dvakrát větší než je horní mezní kmitočet vzorkovaného signálu (F m je 3,4kHz). Kódují se pomocí binárního osmimístného kódu (podle ITU-T G.711, dříve CCITT G.711), nejvyšší bit je znaménkový, počet kvantovaných hodnot je tedy 2 8 = 256, přenosová rychlost pro jeden telefonní kanál je = 64kbit/s obr 7.1 Princip přenosu spojitých signálů systémem s PCM.

2 Kvantizační zkreslení Je dáno rozdílem mezi skutečnou hodnotou vzorku a kvantovanou hodnotou. Odstup signálu od kvantizačního šumu D kv 10log Při lineárním kvantování (kvantizační stupně jsou stejně velké) roste odstup kvantizačního šumu lineárně s rostoucím středním výkonem signálu. Ps P kv Pkv Pkv Rovnoměrné hodnoty odstupu signálu od kvantizačního.šumu lze dosáhnout - nelineárním kvantováním (velikost kvantizačních kroků se směrem k vyšším amplitudám signálu zvětšuje) - kompresí dynamiky přenášeného signálu (na vysílací straně) a opětovnou expanzí (na přijímací straně) (obr 7.3) obr 7.2 Charakter signálů v systému s PCM, (příklad pro třímístný kód).

3 obr 7.3 Kompresní charakteristika typu (logaritmická) a typu A (třináctiúseková). Výhody PCM - oproti analogovému signálu má vysokou odolnost proti rušivým vlivům, možnost regenerace signálu na přenosové cestě - telefonní signál má totožný formát jako datové signály (ISDN) Nevýhody PCM - požadavek na podstatně širší kmitočtové pásmo (přenosová rychlost 64kbit/s) - vznik kvantizačního zkreslení a zkreslení omezením

4 Delta modulace (DM) Přenáší informace o změnách okamžité hodnoty signálu vůči hodnotě v předcházejícím vzorkovacím okamžiku. Nárůst = 1, pokles = 0 obr 7.4 delta modulace. Adaptivní delta modulace (ADM) DM není schopna věrně postihnout prudké změny amplitudy signálu. Tuto nevýhodu zmírňuje metoda ADM, která při změně kroky postupně zvětšuje. (obr 7.5) obr 7.5 Princip ADM

5 Diferenciální pulsně kódová modulace DPCM Systém DPCM kóduje rozdíl mezi okamžitou hodnotou vzorku signálu v daném vzorkovacím okamžiku a hodnotou predikovanou (předvídanou) z předcházejících vzorků. Adaptivní diferenciální pulsně kódová modulace ADPCM Vylepšuje vlastnosti DPCM použitím adaptivního prediktoru nebo adaptivního kvantizéru. Použití impulsních modulací 1. Pro telekomunikační účely ve veřejné síti - nelineární osmibitová PCM s přenosovou rychlostí na kanál 64kbit/s (ITU-T G.711) - čtyřbitová ADPCM s přenosovou rychlostí 32kbit/s (ITU-T G.721) 2. Pro aplikace v širokopásmových sítích s přepojováním paketů - ADPCM 5,4,3 a 2 bity na vzorek (ITU-T723,ITU-T727) 3. ADM se používají ve speciálních uživatelských sítích s extrémními podmínkami pro přenos signálu (vysoká odolnost proti chybám přenosu, jednoduché kodeky) 4. Další použití (přenosové kapacity 4 až 16 kbit/s) - integrovaný paketový přenos hovorových signálů a dat v uživatelských sítích - mobilní radiotelefonní sítě - personální komunikační sítě PCN (Personal Communication Network) - paměťové služby se záznamem a zpětnou reprodukcí signálu (Voice Mail, Audiotex, AUDIX,.) - pohyblivé družicové služby pro spojení s námořními plavidly, letadly a kamiony (INMARSAT, SKYPHONE,.)