ЗАДАНИЕ №2. ПЛЕЗИОХРОННАЯ ЦИФРОВАЯ ИЕРАРХИЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ
СООБЩЕНИЯ»
| СОГЛАСОВАНО | УТВЕРЖДЕНО |
| Выпускающей кафедрой «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь» | Проректором – директором Российской открытой академии транспорта |
Кафедра: «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь»
(название кафедры)
Авторы: Иванов В.А., Тарадин Н.А., к.т.н.
(ф.и.о., ученая степень, ученое звание)
ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ _______________
«Стандарты и технические регламенты в отрасли инфокоммуникаций»
(название дисциплины)
Направление/специальность: 210700.62 Инфокоммуникационные технологии и системы связи
(код, наименование специальности /направления)
Профиль/специализация: «Оптические системы и сети связи»
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: заочная
| Одобрено на заседании кафедры «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь» |
Москва 2016 г.
СОДЕРЖАНИЕ
1. ЗАДАНИЕ №1. КВАНТОВАНИЕ И КОДИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ.. 4
1.1 Исходные данные для задания №1. 4
1.2 Методические указания для выполнения задания №1. 4
2. ЗАДАНИЕ №2. ПЛЕЗИОХРОННАЯ ЦИФРОВАЯ ИЕРАРХИЯ.. 11
|
|
|
2.1 Исходные данные для задания №2. 11
2.2 Методические указания для выполнения задания №2. 13
ЛИТЕРАТУРА.. 22
ЗАДАНИЕ №1. КВАНТОВАНИЕ И КОДИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ
Исходные данные для задания №1
Образовать кодовую группу для заданного отсчета сигнала при кодировании способом потактового сравнения.
Исходные данные приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Исходные данные
| Предпоследняя цифра шифра | Последняя цифра шифра | |||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| 0 | 16,5 0,03 | 27,0 0,15 | 16,0 0,01 | 20,7 0,07 | -9,2 0,15 | 22,0 0,14 | 25,0 0,02 | 32,0 0,60 | 14,1 0,25 | 17,4 0,25 |
| 1 | 27,1 0,02 | 21,5 0,02 | -11,9 0,12 | 16,8 0,05 | 8,5 0,20 | -19,0 0,22 | -28,1 0,05 | 21,4 0,75 | 6,2 0,32 | 11,2 0,35 |
| 2 | -8,7 0,09 | -19,6 0,10 | -9,1 0,02 | -19,7 0,03 | 10,9 0,01 | -18,9 0,12 | 31,2 0,04 | 19,5 0,13 | 8,2 0,75 | 14,6 0,27 |
| 3 | -11,0 0,02 | -14,2 0,20 | 5,7 0,01 | 18,1 0,02 | 16,7 0,05 | -11,5 0,25 | 16,5 0,03 | 20,3 0,18 | 13,1 0,50 | 29,2 0,18 |
| 4 | 32,5 0,06 | 23,0 0,50 | -12,0 0,05 | 15,7 0,01 | -19,9 0,05 | -13,5 0,10 | 19,1 0,05 | 15,1 0,32 | 19,2 0,02 | -17,1 0,15 |
| 5 | -24,0 0,05 | 16,5 0,30 | 21,4 0,07 | -27,2 0,07 | 18,1 0,03 | 16,1 0,07 | 14,2 0,06 | -25,2 0,41 | 18,4 0,14 | 18,0 0,27 |
| 6 | -12,5 0,12 | -30,7 0,50 | -18,6 0,03 | 9,1 0,50 | 14,9 0,02 | -21,6 0,04 | -22,1 0,04 | 23,4 0,52 | -21,0 0,03 | -19,6 0,41 |
| 7 | 31,5 0,10 | 21,5 0,02 | 20,6 0,04 | 19,1 0,30 | -5,7 0,01 | 24,0 0,03 | -24,0 0,02 | -21,6 0,60 | -25,1 0,18 | 14,1 0,01 |
| 8 | -22 0,02 | -11,0 0,10 | 26,5 0,02 | -13,7 0,10 | -29,0 0,03 | -27,2 0,05 | 29,0 0,03 | -18,6 0,41 | -23,2 0,45 | -12,4 0,04 |
| 9 | 15 0,07 | 8,5 0,05 | 13,1 0,05 | -17,2 0,01 | 35,0 0,02 | 32,4 0,02 | -30,9 0,02 | 14,1 0,35 | 19,5 0,60 | 6,2 0,02 |
|
|
|
Примечание. В таблице 1 верхнее число в каждой строке показывает значение отсчета сигнала U, B, нижнее – минимальный шаг квантования Δ, B.
Методические указания для выполнения задания №1
Перед выполнением задачи необходимо изучить принципы обработки сигналов в цифровой связи, принципы квантования и кодирования сигналов в системах передачи. Установить особенности линейного, нелинейного квантования и кодирования, квантователей с симметричной характеристикой, ознакомиться с устройством и работой кодера и декодера.
Кодирование – это процесс замены отсчета сигнала определенной кодовой группой. Формирование кодовой группы осуществляется одновременно с квантованием отсчета по амплитуде (уровню), т.е. заменой отсчета ближайшим разрешенным значением кодовой группы в соответствии со шкалой квантования.
В цифровых системах передачи используется нелинейное квантование. Шкала квантования содержит 256 разрешенных значений – шагов квантования. Из них 128 для положительной полярности сигналов и 128 для отрицательной.
|
|
|
Характер нелинейности шкалы квантования определяется кривой компрессии типа А-87,6/13, показанной на рисунке 1 и представляющей собой амплитудную характеристику кодера. Применение нелинейного квантования позволило обеспечить достаточно высокую защищенность от шума квантования аналоговых (телефонных) сигналов различной мощности.
Рисунок 1 - Характеристика компрессии сигнала типа А-87,6/13
В соответствии с кривой компрессии шаг квантования изменяется в зависимости от величины поступающего в кодер отсчета и лежит в пределах от Δ (для слабых сигналов) до 64Δ (для мощных сигналов). Характеристика компрессии составлена из прямолинейных отрезков-сегментов. Их восемь в положительной и восемь в отрицательной области значений сигнала (на рисунке показана ее положительная ветвь). Каждый из сегментов содержит 16 одинаковых шагов квантования. Первые два сегмента (С0 и С1) имеют один и тот же угол наклона к горизонтальной оси и равные шаги квантования Δ. С увеличением номера сегмента (С2 … С7) его наклон уменьшается, а шаг квантования возрастает до 64Δ. Такой характер изменения крутизны кривой А-87,6/13 указывает на то, что при квантовании происходит сжатие динамического диапазона сигнала.
|
|
|
Каждая кодовая группа цифрового сигнала представляет собой комбинацию из восьми двоичных символов 0 и 1. Отсюда число кодовых групп 28=256, т.е. равно числу разрешенных значений на шкале квантования.
В процессе кодирования производится:
- определение и кодирование полярности (знака) отсчета; для этого достаточно одного такта кодирования, при котором фиксируются «1» (при знаке « + ») или «0» (при знаке « – »);
- поиск и кодирование сегмента, в переделах которого находится значение отсчета; для выбора одного из восьми сегментов очевидно необходимы три такта (8=23);
- поиск и кодирование отсчета в пределах найденного сегмента; для выбора одного из 16 значений требуется четыре такта (16=24).
В итоге кодовая группа содержит восемь разрядов (рисунок 2).
| P1 | P2 | P3 | P4 | P5 | P6 | P7 | P8 |
| Знак отсчета | Сегмент, в котором находится отсчет | Значение отсчета в сегменте | |||||
Рисунок 2 - Кодовая группа отсчета
В основе операции кодирования лежит способ потактового сравнения (взвешивания). При каждом такте производится сравнение отсчета с эталонным сигналом, вырабатываемым в кодере. Этот способ аналогичен способу взвешивания предмета на механических рычажных весах при помощи гирь-эталонов различного веса. Операция «электрического» взвешивания осуществляется в кодере при помощи компаратора (compare – сравнивать, лат.).
Для кодирования используются 11 эталонов: Δ, 2Δ, 4Δ, 8Δ, 16Δ, 32Δ, 64Δ, 128Δ, 256Δ, 512Δ и 1024Δ. При кодировании сегмента используются семь эталонов: 16Δ, 32Δ, 64Δ, 128Δ, 256Δ, 512Δ и 1024Δ (рисунок 3). При кодировании отсчета в пределах сегмента требуются четыре эталона n·Δ, 2n·Δ, 4n·Δ и 8n·Δ. Причем значение n определяется минимальным шагом квантования в сегменте (n = 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64).
После каждого такта (операции сравнения) в соответствующем разряде кодовой группы фиксируется символ 0 или 1. В случае, если значение отсчета оказалось больше эталона, то фиксируется 1, если меньше, то фиксируется 0. В электрическом сигнале символ 1 соответствует импульсу, а 0 – пробелу.
Поясним на примере порядок формирования кодовой группы на примере отсчета y=110Δ. Из рисунка 1 видно, что отсчет находится в пределах сегмента С3. На рисунке 3 показана шкала сегментов и шкала значений отсчетов в сегменте.
Шкала сегментов (рис. 3, а) используется для образования первых четырех разрядов, шкала уровней (рис. 3, б) – остальных четырех. Выполним кодирование.
Первый такт – определяется знак отсчета путем сравнения с 0. Так как y > 0, то в первом разряде фиксируется 1. Символ 1 указан в скобках. Далее кодирование продолжается в положительной области шкалы квантования.
Второй такт – делается сравнение отсчета с эталоном 128Δ, это значение делит шкалу сегментов на две равные части по числу сегментов. При сравнении имеем y<128Δ, следовательно, во втором разряде будет 0.
Рисунок 3 - Шкала квантования сегментов (а)
и шкала значений отсчетов в сегменте (б)
Третий такт – делается сравнение с меньшим эталоном 32Δ, он делит нижнюю половину шкалы сегментов, в которой находится кодированное значение отсчета, также на две части. Так как y>32Δ, то в третьем разряде фиксируется тоже 1.
Четвертый такт – проводится сравнение с большим эталоном 64Δ и в четвертом разряде фиксируется 1.
После четырех тактов кодирования найден знак отсчета (он «+») и сегмент, в пределах которого находится кодированное значение отсчета (он С3). Кодирование продолжается в пределах сегмента С3 (см. рис.3, б), помня при этом, что минимальный шаг квантования в этом сегменте равен 4Δ (n=4).
Пятый такт – делается уже сравнение с сумой эталонов 64Δ+32Δ=96Δ – значением на середине шкалы уровней. Сравнение отсчета с этой суммой дает
y > 96Δ, поэтому в пятом разряде будет 1.
Далее кодирование продолжается в верхней половине шкалы сегмента.
Шестой такт – проводится сравнение с суммой эталонов 64Δ+32Δ+16Δ=112Δ. При сравнении с полученной сумой получается y<112Δ и в шестом разряде 0.
Седьмой такт – проводится сравнение с суммой эталонов 64Δ+32Δ+8Δ=104Δ. В результате y>104Δ и в седьмом разряде 1.
Восьмой такт – проводится сравнение с сумой эталонов 64Δ+32Δ+8Δ+4Δ=108Δ. При сравнении получается y>108Δ и в восьмом разряде 1.
На этом кодирование заканчивается, а кодовая группа отсчета будет определять двоичное число 10111011.
Весь процесс формирования кодовой группы представлен в таблице 2.
В заключение следует отметить, что при каждом такте кодирования поле поиска объекта на всей шкале квантования уменьшается в два раза.
Кроме того, из рисунка 3 можно видеть, что при кодировании сегмента используется нелинейное квантование, а при кодировании уровня в сегменте – линейное квантование.
Таблица 2 – Процесс формирования кодовой группы
| Объект кодирования | Такт кодирования | Эталон или сумма эталонов сравнения | Результат сравнения с эталонами | Фиксированный символ в кодовой группе |
| Полярность отсчета | 1 | 0 | y>0 | 1 |
| Сегмент, в пределах которого находится значение отсчета | 2 3 4 | 128Δ 32Δ 64Δ | y<128Δ y>32Δ y>64Δ | 0 1 1 |
| Значение отсчета в сегменте | 5 6 7 8 | 64Δ+32Δ 64Δ+32Δ+16Δ 64Δ+32Δ+8Δ 64Δ+32Δ+8Δ+4Δ | y>96Δ y<112Δ y>104Δ y>108Δ | 1 0 1 1 |
Ознакомившись с пояснениями и рекомендованным материалом, можно приступать к выполнению задачи. Заданный отсчет (таблица 1) может быть выражен через свое значение и минимальный шаг квантования Δ:
.
Тогда, например, для отсчета, напряжение которого U=25B, а минимальный шаг квантования Δ=0,02В, находим у:
.
Материал выполняемой задачи должен содержать шкалы квантования (рис. 3), таблицу кодирования (табл. 2) и необходимые пояснения при формировании кодовой группы для заданного отсчета.
ЗАДАНИЕ №2. ПЛЕЗИОХРОННАЯ ЦИФРОВАЯ ИЕРАРХИЯ
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 445; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!