Кодеры и декодеры. Шифраторы и дешифраторы

Глоссарий

Отсутствие импульса в цифровом сигнале соответствует передаче

Наличие импульса в цифровом сигнале соответствует передаче

Ошибка квантования это

Назначение операции квантования

В системах передачи ЦСП на оконечных станциях при кодировании применяют

Для восстановления непрерывного сигнала из дисрктных отсчетов в пункте приема его необходимо пропустить

А) через АИМ преобразователь В) через дискретизатор С) через полосовой фильтр

Д) через кодер Е) через фильтр низких частот

А) 8-разрядный код В) 9-разрядный код С) 6-разрядный код

Д) 7-разрядный код Е) 12-разрядный код

А) преобразование непрерывного сигнала в дискретный

В) округление сигнала до ближайшего разрешенного уровня

С) представление сигнала в цифровом виде Д) преобразования АИМ-1 в АИМ-П

Е) восстановления искаженного сигнала

4.Что называется шагом квантования?

Д) разность между истинным значением сигнала и квантованным

А) разность между амплитудами токов кодируемого отсчета и эталонов

В) разность между двумя соседними разрешенными уровнями

С) преобразованные кодовые группы ИКМ сигнала

Д) разность между истинным значением сигнала и квантованным значением

Е) промежуток между дискретными отсчетами

А) нуля В) изменении фазы С) пробела Д) единицы Е) изменении частоты

СРУ: Виды квантования, ДИКМ, Дельта- модуляция. (конспект) Л1 21 – 47 стр.

СРУП: П реобразование десятичного числа в двоичное Л1 6-8 стр, 23.

Используемая литература

Основная:

1. Ю.В. Скалин «Цифровые системы передачи» М, Радио и связь, 1988г. Л1 21 – 47 бет

2. В.И. Иванова «Цифровые и аналоговые системы передачи», Горячая линия – Телеком, 2005г. Л2 78 – 94, 104-108 бет.

Линейные и нелинейные кодеры и декодеры. Виды линейных кодеров: - счетного типа, взвешивающего типа, матричные. Структурные схемы линейного кодера взвешивающего типа для однополярного и двухполярного сигналов. Структурные схемы нелинейного кодера идекодера. Характеристика компрессии типа А-87,6/13.

Кодер с линейной шкалой квантования называется линейным, а с нелинейной шкалой квантования – нелинейным.

Рисунок 2. Структурная схема линейного кодера взвешивающего типа для вдух-полярного сигнала.

Для примера рассмотрим работу кодера при кодировании отсчета с отрицательной амплитудой - 105.3 Δ. Кодируемый отсчет подается на первый вход (I) компаратора, а цикл начинается с установки первого выхода ЛУ в состояние 1. В этом случае за--мыкается ключ Кл + источника положительных эталонных токов (напомним, что выходы 2,..8 ЛУ при этом находятся в состоянии. О, т, е. Кл(- Кл? и Кл[-Кл-/ разомкнуты, на втором входе компаратора, Iэт = 0). Поскольку отсчет имеет отрицательную поляр--ность, т. е. Iс<0, то в первом такте кодирования на выходе компаратора будет сформирована 1 и состояние первого выхода ЛУ ста­нет 0, Тогда Кл+ будет разомкнут, а через инвертор DD 2 будет включен Кл - . Единица на выходе инвертора DD 2 изменит и положение ключа КлК на выходе компаратора и к нему подключится. инвертор. Необходимость такой операции пояснялась ранее. Таким образом, согласно полярности амплитуды входного сигнала включен ГЭТ отрицательных эталонных токов и схема готова к следующим этапам кодирования, для чего переводятся в состояние 1 второй выход ЛУ. Перевод в состояние 1 второго выхода ЛУ обеспечивает подключение через Кл - , эталонного тока-64Δ в точку суммирования этапов Вх2 компаратора и т.д..

Рисунок 3. Характеристика компрессии типа А-87,6/13

В системах ИКМ-ВРК вместо плавной амплитудной характе­ристики, которую имеют аналоговые_компандеры, применяются сегментные характеристики. Они представляют собой кусочно-ломаную аппроксимацию плавных характеристик, при которой изменение крутизны происходит дискретными ступенями. Два в положительной и два в отрицательной 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.

Каждый сегмент начинается с определенного эталона, назы­ваемого основным – 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048.

Кодирование осуществляется за восемь тактов и включает три основных этапа:

1 - определение и кодирование полярности вход­ного сигнала;

2 - определение и кодщювание 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 кодирования осуществляется за 1-й такт, второй этап - за 2...4-й такты, третий этап - за 5.,.8-й такты кодирования.

Рисунок 4. Структурная схема нелинейного декодера

Пример: -252.

1 этап: (–) 1 разряд 0 так полярность отрицательный.

2 этап: 252 > 128 0 1

252 < 512 1 0

252 < 256 1 0

3 этап: 252 > 128+64 0 1

252 > 128+64+32 0 1

252 > 128+64+32+16 0 1

Целесообразность использования регистров сдвига для построения циклических кодеров и декодеров объясняется структурой циклических кодов. При несистематическом кодировании циклических кодов для формирования кодового слова с надо соответствующий информационный многочлен умножить на фиксированный порождающий многочлен Эту операцию можно реализовать на КИО-фильтре над Такой кодер для (15, 11)-кода Хэмминга представлен на рис. 6.1.3. Для кодирования непрерывного потока информационных битов последовательностью слов (15, 11)-кода Хэмминга информационная последовательность просто разбивается на блоки но 11 битов, каждый блок дополняется «прокладкой» из четырех нулей, а результирующий поток битов пропускается через КИО-фильтр. На выходе получается последовательность непересекающихся 15-битовых слов кода Хэмминга Такой кодер, показанный на рис. 6.14, очень прост, но кодовые слова оказываются несистематическими.

Для получения слов кода в систематическом виде надо воспользоваться другим кодером. Поместим информационные биты в старшие разряды кодового слова и подберем проверочные символы так, чтобы получить допустимое кодовое слово. Кодовое слово записывается в виде

Для реализации систематического кодера используется цепь деления на Для (15, 11)-кода Хэмминга

соответствующее устройство показано на рис. 6.15. Одиннадцать информационных битов, занимающих старшие разряды, вводятся слева в цепь деления на Умножение на учитывается временем работы цепи. Первый бит понимается как коэффициент при Деление не начинается до тех пор, пока не выполнены четыре тактовых сдвига, так что первые четыре бита оказываются записанными в разрядах регистра сдвига. Поэтому ниже цепи деления в устройство включен буфер из четырех разрядов, так, что первые четыре бита начинают поступать в канал одновременно с началом деления. После 11 тактов работы все 11 информационных битов поданы в канал, деление закончено и

Рис. 6.13. Несистематический кодер для (15, 11)-кола Хэмминга.

Рис. 6. 14. Кодирование длинного потока битов.

Рис. 6.15. Систематический кодер для (15, 11)-кода Хэмминга.

вычисленный остаток готов для подачи в канал в качестве проверочных символов. В течение этих последних четырех тактов работы цепь обратной связи в устройстве деления разомкнута. В общей сложности полное кодирование занимает 19 тактов.

Можно несколько ускорить кодирование, удалив первые четыре такта. Такой кодер изображен на рис. 6.16. Чтобы понять эту схему, нужно заметить, что поступающие информационные символы не вводятся немедленно для выполнения деления на , а поступают тогда, когда необходимо сформировать сигнал обратной связи. Таким образом, обратная связь в устройстве на рис. 6.16 такова же, как и в устройстве на рис. 6.15. Далее, так как последние биты многочлена всегда равны нулю, то ничего не случится, если мы прибавим их к остатку от деления. Таким образом, остаток, вычисляемый устройством на рис. 6.16, равен остатку, вычисляемому устройством на рис. 6.15, но вычисление происходит только за 15 тактов, что, конечно, удобнее.

Рис. 6.16. Другой систематический кочер для (15, 11)-кода Хэмминга.

Теперь обратимся к декодеру. В канал поступаю! коэффициенты многочлена с К ним прибавляется многочлен ошибок На выходе канала принимаемся многочлен

В § 5.2 была описана очень простая но идее процедура декодирования, основанная на просмотре таблицы. Принятая последовательность делится на и остаток отделения полагается равным синдромному многочлену. Синдромный многочлен используется для выбора из таблицы оценки для многочлена ошибки. В двоичном случае синдром можно использовать непосредственно как адрес хранящейся в таблице оценки вектора ошибок

Принципиальная электрическая схема кодера Хэмминга

Принципиальная электрическая схема кодера Хэмминга с поэлементным формированием проверочных элементов кода (7,4) приведена на рисунке 5. Эта схема построена в соответствии с выражениями, полученными в п. 3.6 или в соответствии с проверочной матрицей данного кода записанной в п. 3.8. Кодер включает в себя: сдвигающий регистр, осуществляющий преобразование параллельного кода в последовательный, и логические элементы сложения по модулю два, которые осуществляющие формирование проверочных символов. Количество этих элементов определяется количеством проверочных элементов кодовой комбинации.

Рисунок 5 - Принципиальная электрическая схема кодера Хэмминга (7,4)

Принципиальная электрическая схема декодера Хэмминга

Декодер Хэмминга должен не только произвести проверку на верность принятой комбинации, но и при наличии ошибки должен осуществить ее исправление, поэтому декодер содержит две части: схему определения синдрома и схему исправления ошибки. Кроме того декодер содержит регистр, который служит для преобразования последовательного кода в параллельный. Принципиальная электрическая схема декодера представлена на рисунке 6. Схема определения синдрома кода состоит из логических элементов сложения по модулю два. В них осуществляется определение проверочных символов b i ’’ в соответствии с принятыми информационными символами a i ’ и проверочной матрицей. В следующих сумматорах по модулю два осуществляется сложение принятых проверочных элементов с полученными на приеме, в результате чего получают синдром кода С i . Схема исправления ошибки состоит из логических элементов И, в которых формируется сигнал ошибки для ошибочного разряда, и логических элементов сложения по модулю два, в которых и осуществляется исправление ошибочного разряда (его инвертирование). Количество элементов И и сумматоров по модулю два определяется количеством информационных элементов кодовой комбинации, т. к. ошибка в проверочной части не приводит к искажению сообщения и в дальнейшей обработке эта часть не участвует. Элементы НЕ, на входах элементов И предотвращают формирование ложных сигналов ошибки для элементов а 1 , а 2 и а а при появлении синдрома вида 111.

Рисунок 6 - Принципиальная электрическая схема декодера Хэмминга (7,4)

Принципиальная электрическая схема кодера циклического кода

Принципиальная электрическая схема кодера циклического кода (7,4) приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Принципиальная электрическая схема кодера циклического кода (7,4)

Кодер построен на многотактном фильтре (МФ) в качестве которого используется регистр. Количество D-триггеров в МФ соответствует степени порождающего полинома. Также в состав МФ входят логические элементы сложения по модулю два, их количество на один меньше ненулевых членов порождающего полинома. Данные элементы располагаются на месте нулевого члена порождающего полинома и после триггера соответствующего члену х 0 . В данной схеме МФ соответствует полиному G(x)=х 3 +х 2 +х 0 . Также в схему кодера входит два ключа в качестве которых используются логические элементы И, тактового RS-триггера и логического элемента ИЛИ.

Формирование кодовой комбинации на выходе схемы происходит за 7 тактов. За первые четыре такта на выход поступают информационные разряды: тактовые импульсы подаются на установочный вход единицы «S» RS-триггера, в результате чего открывается ключ К1 и входные информационные разряды через элемент ИЛИ поступают на выход. Одновременно информационные разряды поступают в МФ где осуществляется вычисление проверочных разрядов. С пятого по седьмой такты формируются проверочные разряды. При этом тактовые импульсы подаются на установочный вход нуля «R» RS-триггера. Ключ К1 закрывается а К2 открывается и проверочные разряды из МФ через К2 и элемент ИЛИ поступают на выход.

Принципиальная электрическая схема декодера циклического кода

Принципиальная электрическая схема декодера циклического кода (7,4) представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Принципиальная электрическая схема декодера циклического кода (7,4)

Данный декодер способен только обнаруживать ошибки и не способен их исправлять. В его состав входят так же как и в кодер тактовый RS-триггер, два ключа К1 и К2, элемент формирования ошибки ИЛИ и декодирующий регистр, принцип построения которого аналогичен построения МФ кодера. Кроме того устройство содержит буферный регистр состоящий из D-триггеров и логических элементов И у которых один из входов инверсный.

За первые четыре такта информационные разряды поступающей кодовой комбинации, через К1, записываются в буферный регистр: Тактовые импульсы поступают на установочный вход единицы «S» RS-триггера и К1 открывается. Одновременно разряды кодовой комбинации поступают в декодирующий регистр, где вычисляется синдром. Если синдром кода не равен нулю, то схема или формирует сигнал ошибки «1», который поступает на вход К2. За 5 -7 такты открывается К2 и закрывается К1. В случае ошибки на входе и выходе К2 действуют единицы, а следовательно логические элементы И в схеме буферного регистра закрыты и информация хранимая в регистре стирается. Если же комбинация принята верно, т. е. синдром равен нулю, то информационные разряды поступают на выход декодера и используются для дальнейшей обработки.

Принципиальная электрическая схема декодера мажоритарного циклического кода

Принципиальная электрическая схема декодера мажоритарного кода (7,3) представлена на рисунке 9.

Рисунок 9 - Принципиальная электрическая схема декодера циклического мажоритарного кода (7,4)

Декодер включает в себя буферный регистр и схему вычисления линейных выражений. Количество ячеек буферного регистра соответствует разрядности кодовой комбинации Bip(x). Схема вычисления линейных выражений содержит логические элементы сложения по модулю два и мажоритарные элементы (М). Количество логических элементов соответствует количеству линейных выражений кода, а количество мажоритарных элементов соответствует разрядности информационной части комбинации, т. е. разрядности Ai(x).

В начале цикла вся кодовая комбинация Bip(x)’ через ключ (К) записывается в ячейки буферного регистра, причем, старший разряд а 1 ’ записывается в триггер Т1, а 2 ’ в Т2, а 3 ’ в Т3, а 4 ’ в Т4, b 1 ’ в Т5, b 2 ’ в Т6, b 3 ’ в Т7. Затем ключ размыкается и происходит вычисление линейных выражений для всех информационных символов. Результаты вычисления поступают в мажоритарные элементы. Кроме этих выражений в соответствующие мажоритарные элементы поступают символы тех разрядов, для которых определяются линейные выражения. Мажоритарные элементы выносят решения о принятых символах а i . Затем информационная комбинация Аi(х) поступает на выход декодера.

Кодеры цифровых систем передачи с ИКМ-ВРК предназначены для преобразования АИМ сигналов после их квантования в цифровую форму. Операции квантования и кодирования в современных ЦСП с ИКМ-ВРК обычно совмещаются. Если квантование осуществляется с постоянным шагом (равномерное), то такие кодеры называются кодерами с линейной шкалой квантования, если же шаг квантования изменяется (нелинейное квантование), то такие кодеры называются кодерами с нелинейной шкалой квантования. В ЦСП с ИКМ применяются кодеры с нелинейной шкалой квантования, но при их построении на первой ступени кодирования ис­пользуются кодеры с линейной шкалой квантования. Поэтому вначале рассмотрим принципы построения и функционирования кодеров с линей­ной шкалой квантования.

Различные типы кодеров, использующихся в ЦСП с ИКМ-ВРК, по принципу их действия разделяют на три группы:

С преобразованием кодируемой величины во временной интервал
(кодеры последовательного счета);

Поразрядного сравнения (взвешивающие кодеры);

С кодовым полем (матричные кодеры).

Кодеры последовательного счета. Структурная схема одного из ва­риантов кодера последовательного счета приведена на рис. 2.6, а времен­ные диаграммы, поясняющие принцип его работы показаны на рис. 2.7

Рис. 2.6. Функциональная схема кодера последовательного счета

Квантованный АИМ сигнал (рис. 2.7 - 1) поступает на преобразова­тель АИМ сигнала в широтно-импульсно-модулированный сигнал АИМ-ШИМ (рис. 2.6, точка 7), где преобразуется в импульсы ШИМ сигнала одинаковой амплитуды, но различной длительности (рис. 2.6, точка 2).

Длительность импульсов ШИМ сигнала г^, им пропорциональна ампли­туде импульсов входного АИМ сигнала (рис. 2.7 - 2). Эти импульсы по­ступают на схему И, на другой вход которой от генератора тактовых им­пульсов (ГТИ) поступают короткие эталонные импульсы с постоянным периодом следования (рис. 2.6, точка 3 и рис. 2.7 - 3). Пока схема И от­крыта благодаря воздействию ШИМ импульса, на ее выходе формируется

пакет эталонных импульсов (рис. 2.6, точка 4 и рис. 2.7-4).

Длительность пакета пропорциональна длительности ШИМ импульса, а следовательно число импульсов в пакете пропорционально амплитуде кванто­ванного входного АИМ сигнала. Количество импульсов, входящих в пакет, подсчитывается двоичным счетчиком (цепочка последовательно соединенных триггеров Тг 1.. .Тг т, где т - разрядность кодовой комбинации).

Результат счета устанавливается на кодовых выходах счетчика Qi...Q m и выражает двоичный эквивалент кодируемого сигнала в параллельном коде, который с помощью формирователя кода преобразуется в последо­вательный код (рис. 2.6, точка 6 и рис. 2.7 - 6). Импульсы сброса от ГТИ (рис. 2.6, точка 5 и рис. 2.7 - 5) поступают на вход двоичного счетчика и возвращают его в исходное состояние после формирования каждой кодо­вой комбинации. В кодере такого типа погрешности кодирования вызы­ваются нестабильностью частоты ГТИ, нелинейностью преобразования АИМ-ШИМ, ошибками работы двоичного счетчика и конечной разре­шающей способностью схемы И.

Кодеры поразрядного сравнения, или взвешивающие кодеры, нашли самое широкое применение в ЦСП с ИКМ-ВРК. Структурная схема тако­го кодера и временные диаграммы, поясняющие общие принципы его работы, приведены на рис. 2.8,а и 2.8,6 соответственно.

Кодирование в такой схеме аналогично процессу взвешивания тяжести при помощи набора гирь на чашках весов. После помещения взвешивае­мого предмета на чашку весов устанавливают гирю наибольшего веса, по результату первой операции взвешивания принимают решение: если взвешиваемый предмет тяжелее гири, то ее оставляют на весах и допол­нительно устанавливают на чашку гирю меньшего веса; а если взвеши­ваемый предмет легче гири, то перед установкой второй гири первую сни­мают и т.д. до полного уравновешивания предмета набором гирь.

В схеме рис. 2.8,а происходит последовательное сравнение кодируе­мого сигнала с рядом эталонных сигналов, равных 2 т ~" -8о, где т - число разрядов в кодовой комбинации, i - номер разряда, 8 0 - шаг равномерного квантования. Кодируемый отсчет АИМ сигнала U mc поступает на схему сравнения СС\ 1-го каскада, где он сравнивается с эталоном наибольшего

веса £/ ЭТ 1, равным 2 т ~" -до-

Если напряжение входного сигнала U mc больше напряжения .. .Кл 7 разомкнуты (рис. 2.10).

Первый такт. С поступлением отсчета / отс = 100 5 на вход 1 компара­тора К на 7-м выходе ЛУ, управляемого импульсами тактовой частоты Л9 пе р, и соответствующем входе УФ ИКМ появляется 1. Ключ # 7 замыка­ется, и на вход 2 компаратора К поступает эталонный сигнал / 3 t7 = 64 8. Так как / отс = 100 8 > / ЭТ 7 = 64 8, то на выходе компаратора К появляется 0. В результате этого ключ К 7 остается в замкнутом состоянии, и на выходе УФ ИКМ появляется 1.

Второй такт. На 6-м выходе ЛУ, управляемого импульсами тактовой частоты ЛО пе р, и соответствующем входе УФ ИКМ появляется 1. Ключ Кб К подается эталонный сигнал /^ = 32 8. Таким образом, на входе 2 компаратора формируется сигнал вида / эт7 + +/, т6 = 64 8 + 32 8 = 96 8. Так как / отс =100 8 > / эт7 + / этб = 64 8 + 32 8 = 96 8, то на выходе компаратора К появляется 0. В результате чего ключ Кв ос­тается в замкнутом состоянии и на выходе УФ ИКМ появляется 1.

Третий такт. На 5-м выходе ЛУ, управляемого импульсами тактовой час­тоты ГО иер, и соответствующем входе УФ ИКМ появляется 1. Ключ К 5 К подается эталонный сигнал / эт5 = 16 8. Та­ким образом, на входе 2 компаратора формируется сигнал вида / ЭТ 7 + / эт б + +/ Э т5 = 64 5 + 32 5 + 16 8 = 112 8. Так как / отс =100 8 < / эт7 + / эт6 + / эт5 = =64 8 + 32 8 + 16 8 =112 8., то на выходе компаратора К появляется 1. В результате чего ключ ^размыкается, эталонный сигнал / эт5 = 16 8 от вхо­да 2 компаратора отключается, на 5-м выходе ЛУ и на входе УФ ИКМ уста­навливается 0, а следовательно, и на выходе кодера появляется 0. На входе 2 компаратора действует сигнал, равный / эт7 + /^ = 648 + 328 = 96 8.

Четвертый такт. На 4-м выходе ЛУ, управляемого импульсами так­товой частоты ГО жр, и соответствующем входе УФ ИКМ появляется 1. Ключ К 4 замыкается, и на вход 2 компаратора К подается эталонный сиг­нал / эт4 = 8 8. Таким образом, на входе 2 компаратора формируется сигнал вида / эт7 + /^ + 7 эт4 = 648 + 328 + 88 = 1048. Так как / отс =10061^,+ / ет4 = = 648 + 328 + 88 =1048., то на выходе компаратора /К 4 размыкается, эталонный сигнал / эт4 = 88 от входа 2 компаратора отключается, на 4-м выходе ЛУ и на входе УФ ИКМ уста­навливается 0, а следовательно, и на выходе кодера появляется 0. На вхо­де 2 компаратора действует сигнал, равный / эт7 +1^= 648 + 328 = 968.

Пятый такт. На 3-м выходе ЛУ, управляемого импульсами тактовой час­тоты Л9 пер, и соответствующем входе УФ ИКМ появляется 1. Ключ К 3 замы­кается, и на вход 2 компаратора К подается эталонный сигнал / эт3 = 48. Таким образом, на входе 2 компаратора формируется сигнал / ЭТ 7 + 4^ + 4гз = 648+ + 328 + 48 = 1008. Так как /„„=1008 = / эт7 + /^ + 4й = 648 + 328 + 48, то на вы­ходе компаратора К появляется 0. В результате ключ К 5 остается замкнутым

И на выходе УФ ИКМ формируется сигнал логической 1. Очевидно, что реа­лизация шестого и седьмого тактов приводит к появлению на выходе кодера 0. Таким образом, по окончании седьмого такта кодирования на выходе коде­ра формируется кодовая комбинация вида 1100100. После завершения коди­рования сигналы, поступающие от ЛО П ер> переводят узлы кодера в исходное состояние, подготавливая его к кодированию следующего отсчета.

Большинство первичных сигналов являются двухполярными и, следова­тельно, для их кодирования необходимо применение соответствующего коде­ра. Для реализации кодера (рис. 2.11) требуется ГЭТ, формирующий эталон­ные сигналы для кодирования положительных и отрицательных отсчетов.

При необходимости кодирования 128 положительных и 128 отрица­тельных уровней потребуется 8-разрядная кодовая комбинация, причем высший разряд (8-й) будет кодировать полярность отсчета. При том же алгоритме работы компаратора, что и при кодировании однополярных сигналов, возникает следующая ситуация. Кодируя отсчет /„„ = 1008 и сравнивая с высшим эталоном / эт7 = 648, получим I mc - / эт7 = 1008 -648 >0. Данный эталон остается включенным. Сравнивая теперь / отс = -1008 с высшим эталоном / эт7 = -648, получим / отс - / эт7 = -1008 - (-648) < 0. Эталон при этом выключается. Для устранения указанного недостатка при кодировании отрицательных отсчетов на выходе компаратора К включа­ется инвертор DD t значение сигналов на выходе компаратора будут ин­вертироваться и логическое устройство ЛУ будет принимать решение об оставлении или отключении соответствующего эталона.

Алгоритм работы линейного кодера двухполярных сигналов рассмотрим на примере кодирования отсчета отрицательной полярности / отс = -1008.

Первый такт. Кодируемый отсчет поступает на вход 1 компаратора. Импульс от генераторного оборудования ГО пер устанавливает на 8-м вы­ходе 1. Ключ Кл + замыкается и подключает положительные эталоны. Ключи положительных и отрицательных эталонов Клу.. .Кл\ разомкнуты. На входе 2 компаратора ток / эт = 0.

Поскольку сигнал имеет отрицательную полярность, т. е. /„„ < 0, то на вы­ходе компаратора 3 появляется 1, которая через замкнутый ключ Кл, (выход 4) поступает на ЛУ и переводит 8-й выход в 0. При этом ключ Кл + разомкнётся, а на выходе инвертора DD 2 появится 1, ключ ЮГ, замкнется и к выходу 2 ком­паратора подключатся отрицательные эталоны, а ключ Кл подключит к выхо­ду 3 компаратора инвертор DD[. Следовательно, на 8-м выходе ЛУ остается 0, который и появляется на выходе УФ ИКМсигнала .

Второй такт. Сигнал с выхода ГО пер переводит 7-й выход ЛУ в состоя­ние 1. Ключ Кл 7 отрицательных эталонов подключает к входу 2 компаратора эталон / эт7 = - 64 8. Так как разность 1 тс - / эт7 = -100 8 - (-64 8) < 0, то на вы­ходе компаратора формируется 1, а на выходе 4 инвертора DD X появляет­ся 0 и эталонный ток / эт7 = - 64 8 остается включенным

- восьмой такты будут аналогичными ранее рассмотренным выше этапам кодирования. Последовательность решений компаратора в процессе кодирования отсчета представлена на выходе 4 DD\ (рис. 2.11) комбинацией символов 10011011.

Щая в 8-и разрядном симметричном двоичном коде значение амплитуды отсчета -100 8. Напомним, что символ высшего разряда кодовой комби­нации определяет полярность отсчета.

Матричные кодеры. Принцип работы кодирующих устройств с кодо­вым полем - матричных кодеров, основан на использовании физической модели кодовой таблицы. Кодовая таблица физически определяет точное взаимное соответствие между номером разрешенного уровня и располо­жением импульсов и пробелов в кодовой комбинации. Если в кодере взвешивающего типа кодируемый отсчет сравнивается по­следовательно во времени с набором эталонных сигналов, а в кодере счетного типа происходит сопоставление кодируемого отсчета с эталон­ным временным интервалом, то в матричном кодере сигнал сопоставляет­ся непосредственно с физической моделью кодовой таблицы - кодовым полем. Кодовое поле может быть выполнено либо в виде набора решаю­щих устройств, либо в виде кодовой матрицы в специализированной элек­тронно-лучевой кодирующей трубке (ЭЛКТ). При поступлении на вход такого кодера АИМ сигнала данной амплитуды приводятся в состояние возбуждения определенные элементы кодового поля (матрицы) и на вы­ходе кодера формируется кодовая группа, которая соответствует опреде­ленному квантованному значению отсчета.

Матричные кодеры с решающими устройствами на электронных при­борах содержат большое число коммутационных элементов, обладают невысокой точностью кодирования, и потому их можно использовать при кодировании с небольшим (до пяти) числом разрядов. Матричные кодеры на основе ЭЛКТ просты по своей идее, обладают высоким быстродейст­вием и высокой точностью кодирования, но требуют высокой точности фокусировки и юстировки, высокого напряжения, обладают сравнительно большими габаритами, недостаточной надежностью и поэтому не нашли применения в ЦСП.

Декодеры с поразрядным суммированием токов. Процесс декоди­рования, обратный процессу кодирования, заключается в том, что в спе­циальном устройстве - декодере - путем преобразования кодовых комби­наций вырабатываются импульсы, амплитуда которых пропорциональна квантованным отсчетам передаваемого сигнала. Так же, как и кодирова­ние, декодирование может быть осуществлено различными способами. По аналогии с классификацией кодеров различают счетные, взвешивающие и матричные декодеры. Самое широкое применение в ЦСП на основе ИКМ нашли декодеры взвешивающего типа с поразрядным суммированием токов. Структурная схема линейного декодера такого типа для декодиро­вания двухполярных сигналов приведена на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Линейный декодер взвешивающего типа для двухполярного сигнала

Функционирование схемы рассмотрим на следующем примере. Пусть на вход декодера поступает кодовая комбинация вида 01100100, соответ­ствующая двухполярному отсчету. Преобразователь кода ПК входящую кодовую комбинацию в последовательном коде преобразует в параллель­ный код.

На выходе логического устройства ЛУ формируются сигналы управ­ления, коммутирующие ключи эталонов соответствующих разрядов. В симметричном коде высший разряд определяет полярность отсчета. В рассматриваемой кодовой комбинации высшему разряду соответствует 0. Следовательно, на выходе инвертора DD появляется 1, которая замыкает Кл, коммутирующий отрицательные источники эталонов. Далее замыка­ются ключи Клу, Кль и Кл-i, в результате чего формируется суммарный ток отрицательной полярности -100 8. Преобразователь кода ПК и логическое устройство ЛУ управляются тактовыми импульсами, поступающими от генераторного оборудования приема ГО пр

2.3. Кодеры и декодеры с нелинейной шкалой квантования

Общие принципы нелинейного квантования и соответствующего ему кодирования рассмотрены ранее (см. гл. 1, § 1.4). Рассмотрим реализацию нелинейных кодеров для наиболее распространенного закона компанди-рования А-87,6/13.

Необходимая разрядность кодовой комбинации при линейном кванто­вании т для речевого (двухполярного) сигнала, поступающего на вход канала тональной частоты (КТЧ) от различных источников, определяется требованиями к защищенности от шумов А т и равна (см. гл. 1, § 1.3)

Где А кв - допустимая защищенность от шумов квантования.

Помехозащищенность сигнала на выходе КТЧ по нормам МЭС-Т должна быть не менее 25 дБ. Если считать, что в КТЧ цифровых систем передачи единственным видом шумов являются шумы квантования, то у4 кв = 25 дБ. Подставив значение А а в (2.1) и округляя результат до боль­шего целого, получим т = 12. Для кодирования двухполярных отсчетов с использованием симметричного кода кодовая комбинация будет иметь вид РХХХХХХХХХХХ, где Р - символ равный 1 или 0, определяющий полярность отсчета, а символы X, принимающие значения 1 или 0, ото­бражают его абсолютное квантованное значение при шаге квантования, равном о 0 . Таким образом, для кодирования абсолютного значения кван­тованного отсчета требуется 11-разрядная кодовая комбинация вида

I /ото I = 2 10 5 0 + 2 9 5 0 + ... + 2 2 5 + 2"5 + 2°5 0 . (2.2)

Входным сигналом для нелинейного кодера данного типа является квантованный отсчет, полученный в результате равномерного квантова­ния с шагом квантования 8 0 , соответствующего требованиям защищенно­сти от шумов квантования. При линейном кодировании этому соответст­вует 2048 положительных и 2048 отрицательных уровней (2.2).

При нелинейном кодировании по закону А-87,6/13 (с коэффициентом сжатия А = 87,6 и числом сегментов для положительной и отрицательной полярности, равным восьми) для такой же защищенности от шумов кван­тования потребуется 128 положительных и 128 отрицательных уровней, а кодовая комбинация должна быть 8-разрядной (см. гл. 1, § 1.4, рис. 1.27, 1.28 и табл. 1.8, 1.9 и пояснения к ним). Структурная схема нелинейного кодера взвешивающего типа с цифровой компрессией эталонов приведена на рис. 2.13.

Рис. 2. 13. Структурная схема нелинейного кодера

Назначение и принцип работы компаратора К, генераторов эталонных токов ГЭТ\ и ГЭТг, устройства формирования цифрового сигнала УФ ИКМ такие же, как и в схеме линейного кодера для двухполярного сигна­ла. Однако в отличие от линейного кодера ГЭТу и ГЭТг содержат 11 клю­чей, а веса подключаемых ими эталонных токов равны 5о, 2бо, 45о,... ..., 5125 0 и 10245 0 . После каждого такта кодирования решение компара­тора К записывается в цифровой регистр ЦР.

В зависимости от решения компаратора ЦР выбирает полярность ГЭТ и управляет работой цифровой логики, которая преобразует 7-разрядный код в 11-разрядный и формирует в блоке выбора и коммутации эталонных токов БКЭ цепи ГЭТ, определяя величины эталонов, подключаемых на вход второго компаратора, (см. гл. 1, § 1.4. Кодирование по Л-закону ком-пандирования). Устройство формирования ИКМ сигнала УФ ИКМ считы­вает состояние выходов ЦР и преобразует параллельный код в последова­тельный.

Как было показано ранее (см. гл. 1. § 1.4. Кодирование по А -закону компандирования), кодирование осуществляется за восемь тактов и вклю­чает три основных этапа, на которых определяется и кодируется:

Полярность входного сигнала;

Номер сегмента, в котором находится кодируемый отсчет;

номер уровня квантования сегмента, в зоне которого заключена ам­
плитуда кодируемого отсчета

Первый этап кодирования осуществляется за первый такт, второй этап -за второй-четвертый такты и третий этап - за пятый-восьмой такты коди­рования.

Рассмотрим численный пример кодирования. На вход 1 компаратора К нелинейного кодера поступает положительный отсчет с амплитудой / Отс =13658 0 .

Первый такт. С выхода генератора передачи ГО иер на первый выход ЦР поступает 1, а все остальные выходы ЦР находятся в нулевом состоя­нии. Это вызывает подключение к входу 2 компаратора ГЭТ, положи­тельной полярности. Так как / отс > 0, то на выходе компаратора 3 появится О и состояние 1 на первом выходе ЦР сохранится. Эта 1 с выхода ЦР по­ступает на вход 1 УФ ИКМ. Следовательно, символ полярности Р=1. На этом завершается первый этап кодирования.

Второй такт. С выхода генератора передачи ГО„ ер на второй выход ЦР поступает 1, на выходе 1 ЦР находится 1, выходы 3...8 ЦР находятся в нулевом состоянии. В результате чего на выходе 1 блока компрессорной логики КЛ БКЭ, и ко входу 2 компаратора подключается эталон / эт4 = 1285о (см. гл. 1, рис. 1.28). Так как / отс - / эт4 = 1365б 0 - 1285 0 = 12375 0 > 0, то на выходе 3 компаратора появляется 0. Состояния 1 на втором выходе ЦР и первом выходе КЛ сохранятся. С выхода ЦР 1 поступает на вход 2 УФ ИКМ. Следовательно, первый символ кода сегмента Л=1.

Третий такт. С выхода генератора передачи ГО пер на третий выход ЦР поступает 1, выходы 4 ...8 ЦР находятся в нулевом состоянии. В ре­зультате чего на выходе 2 блока компрессорной логики КЛ появляется 1, которая управляет блоком коммутации эталонов БКЭ, и ко входу 2 ком­паратора подключается эталон / эт6 = 5128 0 (см. гл. 1, рис. 1.28), а эталон / эт4 = 1288 0 отключается. Так как / отс - / эт6 = 13658 0 - 5125 0 = 8538 0 > 0, то на выходе 3 компаратора появляется 0. Состояния 1 на третьем выходе ЦР и на первом, втором выходах КЛ сохранятся. Эта 1 с выхода ЦР по­ступает на вход 3 УФ ИКМ. Второй символ кода сегмента К=1.

Четвертый такт. С выхода генератора передачи ГО пер на четвертый выход ЦР поступает 1, выходы 5...8 ЦР находятся в нулевом состоянии. В результате чего на выходе 3 блока компрессорной логики КЛ появляет­ся 1, которая управляет блоком коммутации эталонов БКЭ, и ко входу 2 комп"аратора подключается эталон / эт7 = 10248 0 (см. гл. 1, рис. 1.28), а эта­лон /„б = 5125 0 отключается. Так как / отс -/„6=13658„ - 1О248о = 3418 0 > 0, то на выходе 3 компаратора появляется 0. Состояния 1 на четвертом вы­ходе ЦР и на третьем выходе КЛ сохранятся

Состояние 1 сохраняется только на одном из восьми выходов (этало­нов), соответствующего нижней границе сегмента. Этот же эталон под­ключается и ко входу 2 компаратора К от ГЭТ\ и остается подключенным на все оставшееся время кодирования. С выхода ЦР 1 поступает на вход 4 УФ ИКМ. Третий символ кода сегмента 2=1. На этом завершается второй этап кодирования.

Таким образом, за четыре такта формируются: символ полярности от­счета равный Р = 1, и три символа кода сегмента Х= l,Y= I nZ= 1.

Третий этап кодирования - определение и кодирование номера уровня квантования сегмента, в пределах которого находится амплитуда отсчета / отс. Таких уровней квантования в пределах каждого сегмента 16, и все они могут быть получены с помощью дополнительных эталонных значений (см. табл. 1.8). Для рассматриваемого примера отсчет находится в в седь­мом сегменте, для которого дополнительные эталонные значения равны / эт4 = 5128 0 , / Э тз = 2568 0 , / ЭТ 2 = 128бо и / ЭТ 1 = 645 0 , а шаг квантования для этого сегмента равен 87 = 648о, где, напомним, 8о - шаг квантования нуле­вого (центрального) сегмента.

Пятый такт. С выхода генератора передачи ГО пер на пятый выход ЦР поступает 1, выходы 6...8 ЦР находятся в нулевом состоянии (2...4 -в состоянии 1). В результате чего на выходе 5 блока компрессорной логи­ки КЛ появляется 1, которая управляет блоком коммутации эталонов БКЭ, и ко входу 2 компаратора подключается эталон /^ = 5128о. Сигнал на входе 2 компаратора равен / эт7 + / эт4 = Ю248о + 5128 0 = 15368V Так как /„„;-- (/ эт7 + / эт4) = 13658 0 - 15368 О = - 171б 0 < 0, то на выходе 3 компаратора появляется 1. Состояния 1 на пятом выходе ЦР и на пятом выходе КЛ заменятся на 0. Эталон / эт4 = 5128 0 от входа 2 компаратора отключается. С выхода ЦР 0 поступает на вход 5 УФ ИКМ. Первый символ кода номера уровня квантования сегмента А = 0.

Шестой такт. С выхода генератора передачи ГО пер на шестой выход ЦР поступает 1, выходы 7...8 ЦР находятся в нулевом состоянии (2...4 -в состоянии 1, а 5 - 0). В результате чего на выходе 6 блока компрессор­ной логики КЛ появляется 1, которая управляет блоком коммутации эта­лонов БКЭ, и ко входу 2 компаратора подключается эталон / эт5 = 256&V Сигнал на входе 2 компаратора равен / ЭТ 7 + / эт з = Ю245 О + 25б8о = 128О8о-Так как / отс - (/ эт7 + / эт з) = 13658 0 - 128О8о = 858о > 0, то на выходе 3 ком­паратора появляется 0. Состояние выходов ЦР не изменяется. С выхода ЦР 1 поступает на вход 6 УФ ИКМ. Следовательно, 2-й символ кода но­мера уровня квантования сегмента В=\.

Седьмой такт. С выхода генератора передачи ГО аер на седьмой выход

ЦР поступает 1, выход 8 ЦР находится в нулевом состоянии (2...4, 6 - в состоянии 1, а 5 - 0). В результате чего на выходе 7 блока компрессорной логики КЛ появляется 1, которая управляет блоком коммутации эталонов БКЭ, и ко входу 2 компаратора подключается эталон / эт4 = 1285 0 . Сигнал на входе 2 компаратора равен / эт7 + / эт3 + / эт2 = 10245 0 + +256б 0 +1285 О = =14088 0 . Так как / отс - (/ эт7 + / эт. + / эт2) = 13655 0 - 14085 0 = - 438 О < 0, то на выходе 3 компаратора появляется 1. Эта 1 устанавливает 0 на седьмом выходе ЦР, отключается / эт2 от входа 2 компаратора. С выхода ЦР 0 по­ступает на вход 7 УФ ИКМ. Следовательно, 3-й символ кода номера уров­ня квантования сегмента С = 0.

Восьмой такт. С выхода генератора передачи ГО пер на восьмой выход ЦР поступает 1, (2...4, 6 - в состоянии 1, а 5, 7 - 0). В результате чего на выходе 8 блока компрессорной логики КЛ появляется 1, которая управля­ет блоком коммутации эталонов БКЭ, и ко входу 2 компаратора подклю­чается эталон /этз1= 648о. Сигнал на входе 2 компаратора равен /„7 + / эт з + + / эт, = 1О248о + 2568 0 +648 0 = 13445 0 . Так как / Отс - (7 эт7 + / эт3 + 1„0 = = 13658а ~ 13448о = 218 0 > 0, то на выходе 3 компаратора появляется 0. Состояние символов на выходах ЦР и КЛ не изменяется. С выхода ЦР 1 поступает на вход 8 УФ ИКМ. Следовательно, 4-й символ кода номера уровня квантования сегмента D = 1.

Таким образом, за четыре такта формируются: символы кода номера уровня квантования отсчета 7-го сегмента: А = 0, В = 1, С = 0, D = I. Пре­образователь кода ПК формирует выходной ИКМ сигнал в последова­тельном виде 11110101. Ошибка квантования при этом равна/ эт7 = 13658 0 --13448 0 = 215 0 , что не превышает половины шага квантования седьмого сегмента.

Процесс формирования ИКМ сигнала принято называть аналого-цифровым преобразованием. Обратное цифро-аналоговое преобразование или декодирование, осуществляется декодером. Декодер осуществляет цифро-аналоговое преобразование кодовой комбинации в отсчеты АИМ сигнала соответствующей амплитуды и полярности. Структурная схема нелинейного декодера приведена на рис. 2.14.

Декодер содержит цифровой регистр ЦР, блок экспандирующей логи­ки ЭЛ, блок коммутации эталонов БКЭ и два генератора эталонных токов ГЭТ, и ГЭТ 2 положительной и отрицательной полярности.

Принятый ИКМ сигнал, представляющий восьмиразрядную кодовую комбинацию, записывается в ЦР и в виде параллельного кода формирует­ся на его выходах 1...8. Высший разряд, определяющий полярность от­счета, записывается на 8-м выходе, символы, определяющие код сегмен­та, записываются на 7, 6 и 5 выходах, символы кода номера уровня кванто-

Рис. 2.14. Структурная схема нелинейного декодера

вания записываются на 4, 3, 2 и 1 выходах ЦР. В соответствии с принятой кодовой комбинацией осуществляется включение эталонных токов. Их суммарная величина и определяет амплитуду принимаемого отсчета. Не­обходимо отметить, что для уменьшения погрешности преобразования уровни квантования декодера смещены на половину шага квантования по отношению к уровням кодера. Для этого в БКЭ добавлен еще один, 12-й корректирующий эталон, равный 0,5 шага квантования соответствующего сегмента.

Рассмотрим пример декодирования ранее полученной кодовой комби­нации 11110101. Эта кодовая комбинация записывается в ЦР. Символ на восьмом выходе ЦР определяет полярность отсчета. Так как на восьмом выходе ЦР появилась 1, то через блок коммутации эталонов БКЭ осуще­ствляется подключение положительных эталонов ГЭТ\. Так как на пятом-седьмом выходах ЦР записаны 1, то БКЭ во взаимодействии с блоком экспандерной логики ЭЛ подключают к ГЭТ\ эталон, соответствующий нижней границе сегмента, равный / эт10 = 10248 0 . Так как на четвертом вы­ходе ЦР записан 0, то следующий эталон ГЭТ, не будет подключен, Далее следует, что на третьем выходе ЦР записана 1, следовательно, к выходу ГЭТ, будет подключен эталон /„ 8 = 2568 0 . В результате на выходе ГЭТ, формируется ток 1„ = 1„ 10 + / эт8 =Ю248 0 + 256б 0 = 12808,. Если на втором

выходе ЦР записан 0, то следующий эталон пропускается. Если на первом выходе ЦР записана 1, то следующий эталон равный 1 эт6 = 648 0 , подклю­чается к выходу декодера и амплитуда суммарного тока на выходе деко­дера будет равна / эт = / эт ю + / эт8 + / ЭТ 6 = Ю245 0 + 2568 О + 645 0 = 13448 0 .

Для снижения шумов квантования, как отмечалось выше, при декодиро­вании используется еще 12-й корректирующий эталон, равный половине шага квантования соответствующего сегмента 5 се, т.е. / к = 0,55 сег - Для при­веденного примера шаг квантования седьмого сегмента равен 648 О, следова­тельно, общее суммарное значение тока АИМ сигнала на выходе кодера будет равно / эт = / эт10 + / эт8 +1^+ / к = 10248 0 + 2568 0 + 648 0 + 328 0 =13788 0 .

На вход кодера поступил отсчет с амплитудой / отс = 13658о, сигнал на выходе декодера равен / эт = 13788 0 , следовательно, искажения при коди­ровании-декодировании равны / иск = / отс - / эт = 13658о -13788о = - 135о, что по абсолютной величине не превышает половины шага квантования.

2.4. Генераторное оборудование цифровых систем передачи 2.4.1. Общие принципы построения генераторного оборудования

Для работы функциональных блоков ЦСП с временным разделением каналов на всех этапах цифровой обработки сигналов, мультиплексирова­ния и демультиплексирования цифровых потоков, формирования линей­ного цифрового сигнала, обеспечения синхронной работы оконечного оборудования требуются определенного вида управляющие сигналы, па­раметры которых строго регламентированы во времени. Формирование управляющих сигналов осуществляется генераторным оборудованием (ГО), которое выполняется отдельно для передающей ГО пер и приемной ГО„ Р частей оконечных станций.

Генераторное оборудование обеспечивает формирование и распреде­ление импульсных последовательностей, управляющих процессами дис­кретизации, кодирования-декодирования, временного группообразования, ввода-вывода символов служебных сигналов на определенные позиции цикла передачи и т. д. От ГО необходимо получить импульсные последо­вательности со следующими основными частотами:

Частотой дискретизации F a (обычно равной 8 кГц);

Тактовой частотой первичного цифрового потока (ШДП), равной

где т - число элементов в кодовой комбинации, 7V Klf - число канальных интервалов ПЦП и равной

f T = F a m N KH = 8-8-32 = 2048 кГц;

Частотой следования кодовых комбинаций (канальных интервалов),
равной F KK = \1Т Ю = F a N Kll =f T I m;

Тактовыми частотами цифровых потоков более высокого порядка,
получаемыми в результате объединения определенного числа цифровых
потоков более низкого порядка.

Рассмотрим построение ГО первичной цифровой системы, для которой необходимые импульсные последовательности можно получить путем де­ления тактовой частоты, получаемой от высокостабильного автономного задающего генератора ЗГ с относительной нестабильностью не хуже ± 10" 6 (рис. 2.15). На выходе ЗГ формируется гармонический высокостабильный сигнал с частотой, обычно равной или кратной тактовой частоте/ т. Форми­рователь тактовой последовательности ФТП вырабатывает основную по­следовательность импульсов с частотой следования/^ Импульсы тактовой последовательности используются при выполнении операций кодирования и декодирования, формирования и обработки линейного цифрового сигнала.

Делитель разрядный ДР формирует т импульсных последовательно­стей Pi, Рг...Р т. Число разрядных импульсов, формируемых ДР, равно числу разрядов кодовой комбинации, а частота их следования для т = 8 равна F K =f T /m = 2048 /8 = 256 кГц. Импульсные последовательности с выхода ДР используются для правильного определения каждого разряда кодовой комбинации, при выполнении операций кодирования и декоди­рования, а также при формировании группового ИКМ сигнала, когда не­обходимо выделить временные интервалы для передачи соответствующих позиций синхроимпульсов, сигналов управления и взаимодействия и раз­личного вида сервисных сигналов.

Делитель канальный ДК формирует управляющие канальные импуль­сы последовательности КИд, КИ\...КИц-\- Частота следования КИ равна частоте дискретизации F a .

Делитель цикловой ДЦ служит для формирования цикловых импульс­ных последовательностей Ц о, Ц х...Цк-ь где k - число циклов в сверхцик­ле. Для к = 16 частота следования цикловых импульсов равна F u = F a / к = = 8000/16 = 500 Гц.

Обычно предусматривается несколько режимов работы генераторного оборудования оконечных станций:

Внутренней синхронизации, при котором осуществляется работа от
местного высокостабильного автономного ЗГ (рис. 2.15)

Внешнего запуска, при котором осуществляется работа от внешнего
задающего генератора ВЗГ.

Рис. 2. 15. Структурная схема ГО передачи

Внешней синхронизации, при котором осуществляется подстройка частоты местного ЗГ с помощью фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), управляемой внешним сигналом.

Наличие установочных входов обеспечивает (при необходимости) возможность подстройки ГО данной станции к работе ГО другой станции, выбранной за ведущую станцию. Как следует из рис. 2.15, формирование необходимых последовательностей импульсов реализуется делением час­тоты. Временные диаграммы работы ГО с использованием делителей час­тоты приведены на рис. 2.16. На вход делителя разрядных импульсов ДР от формирователя тактовой последовательности поступает периодическая последовательность импульсов. ДР формирует восемь разрядных импуль­сов Р\...Р%. Каждый разрядный импульс сдвинут относительно следующе­го на тактовый интервал. Интервал следования одноименных разрядных импульсов равен Т р = 8Т Т. На рис. 2.16,а показано положение импульсных последовательностей Р/...Р 8 относительно тактовых. Из любой последо­вательности Pi формируются управляющие последовательности КИ 0 , КИ\, KHff.i, определяющие границы канальных интервалов и их временное по­ложение. Расположение КИ относительно разрядных импульсов и такто­вой последовательности также видно из рис. 2.16,д. На рис. 2.16,6 показа­но расположение импульсов управляющих последовательностей Ц о и Ц/ относительно последовательностей КИо..-KHn-i, а на рис. 2.16,в - взаим­ное расположение циклов Z/o- Цы в сверхцикле.

Схема ГО приема отличается от схемы ГО передачи следующими осо­бенностями, обеспечивающими работу ГО приема синхронно и синфазно с ГО передачей. Во-первых, импульсная последовательность с тактовой частотой f T будет поступать на вход ДР не от ЗГ, а от выделителя тактовой частоты - ВТЧ. Во-вторых, установка ГО приема по циклу и по сверхцик­лу осуществляется с помощью сигналов, поступающих от приемника син­хросигнала, о чем будет сказано ниже.

Рис. 2.16. Временные диаграммы работы генераторного оборудования

2.4.2. Задающие генераторы

Основным требованием, предъявляемым к задающим генераторам (ЗГ) ЦСП, является стабильность частоты. В то же время они должны иметь возможность перестройки частоты в определенных пределах. Выполнение противоречивых требований обеспечения стабильности частоты ЗГ (в ре­жиме автогенерации) и реализации определенной перестройки учитывает­ся при выборе соответствующей схемы ЗГ. Относительная нестабиль­ность частоты ЗГ должна быть не выше 10~ 5 , и поэтому в схемах ЗГ для стабилизации частоты используются кварцевые резонаторы (КР). Частота

Рис. 2.17. Принципиальная схема ЗГ на транзисторах

ЗГ выбирается в целое число большей, чем тактовая частота/ т. Так, на­пример, ЗГ аппаратуры формирования первичного цифрового потока типа ИКМ-30 вырабатывает гармоническое колебание с частотой/ зг = 8192 кГц. Выбор частоты генерации, в 4 раза превышающей тактовую частоту по­тока, позволяет осуществить почти оптимальное построение ЗГ. В схему ЗГ входят делитель частоты (ДЧ) и формирователь тактовой последова­тельности (ФТП). В настоящее время ЗГ цифровых систем передачи реа­лизуются как на дискретных (рис. 2.17), так и на логических элементах (рис. 2.18).

Рис. 2.18. Функциональная схема ЗГ на логических элементах

Схема ЗГ (рис. 2.17) представляет двухкаскадный усилитель с положи­тельной обратной связью, в состав которого входит кварцевый резонатор КР. Режим по постоянному току первого каскада обеспечивается резисто­рами Л1...Л4, второго - резисторами R 5 ...R 6 . Для изменения частоты ЗГ в заданных пределах включен варикап VD, управляемый напряжением U yn , которое может изменяться или регулироваться устройством фазовой ав­топодстройки частоты при работе ЗГъ режиме внешней синхронизации.

Схема ЗГ (рис. 2.18) состоит из трех инверторов DDI...DD3, сопро­тивлений R/ и /? 5 обеспечивают перевод элементов D\ и D2 в активный режим. Длительность импульсов можно менять подборкой резисторов R\ и Re, сопротивления которых совместно с входной емкостью элемента DD3 образуют цепь временной задержки. Подстройка частоты осуществ­ляется управляемым варикапом VD.

Учитывая, что ЗГ должен работать в режиме как автогенерации, так и внешнего управления частотой в схеме предусматривается возможность переключения режимов. На рис. 2.19 представлена схема задающего ге­нератора, включающая в себя автогенератор с кварцевой стабилизацией, собственно ЗГ и схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), со­стоящей из фазового детектора - ФД, фильтра нижних частот - ФНЧ и усилителя постоянного тока, формирующих сигнал управления пере­стройкой частоты ЗГ.

В режиме автогенерации устанавливаются перемычки 1 - 2, 4 - 6, а в режиме внешней подстройки частоты - перемычки 2-3, 4 ~ 6 и 7 - 8. При этом в работу включается схема ФАПЧ, которая сравнивает фазы внешней частоты синхронизации и собственной частоты ЗГ. Если имеют

Рис. 2.19. Схема ЗГ с фазовой автоподстройкой частоты

расхождения фаз этих частот, то вырабатывается соответствующий управляющий сигнал, и частота ЗГ подстраивается под частоту синхрони­зации.

В режиме использования внешнего генератора устанавливается пере­мычка 5-6. Работа схемы от местного генератора и работа от внешнего генератора совершенно одинаковы.

В режиме внешней синхронизации схема работает следующим обра­зом: устанавливается перемычка 7-8; частота местного ЗГ и частота от внешнего генератора поступают на фазовый детектор ФД на выходе кото­рого образуется разностный сигнал; ФНЧ выделяет постоянную состав­ляющую этого сигнала, величина которой пропорциональна расхождению частот воздействующих на него сигналов; сигнал с выхода ФНЧ усилива­ется УПТ, на выходе которого формируется сигнал напряжением £/ уп, управляющий перестройкой частоты ЗГ (воздействуя, к примеру, на вари­кап).

2.4.3. Делители частоты

Схемы делителей различного назначения (разрядных, канальных, цик­лов и сверхциклов) легко реализуются на основе счетчиков, регистров, дешифраторов и других логических схем.

Функциональная схема делителя разрядов ДР (для m = 8) с использо­ванием трехразрядного двоичного счетчика на триггерах Тг { ...Тг 3 показа­на на рис. 2.20,а.

Реализовать такой ДР можно и применением кольцевого счетчика из восьми триггеров Тг\...Тг%, рис. 2.20,6. Аналогичным образом можно по­строить и другие делители. На практике более широкое распространение получил первый вариант, который для своей реализации требует меньше­го числа триггеров

Рис. 2.20. Функциональные схемы делителей разрядов

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите основные способы снижения затухания при дискретизации анало­
говых сигналов.

2. В чем сущность резонансного способа дискретизации?

3. Процесс кодирования в кодерах последовательного счета. Достоинства и
недостатки кодеров последовательного счета.

4. Процесс кодирования в линейных кодерах поразрядного кодирования или
взвешивающего типа.

5. Назначение инверторов DDi и DD 2 линейного кодера взвешивающего типа
для двухполярных сигналов. Назначение устройства формирования ИКМ сигнала.

6. Назначение компандерной логики в схеме нелинейного кодера.

7. Назначение экспандерной логики в схеме нелинейного декодера.

8. Изобразите структурную схему цифрового регистра или преобразователя
последовательного кода в параллельный.

9. На вход нелинейного кодера поступает АИМ-2 сигнал с амплитудой - 10188 о
Определить структуру кодовой комбинации на выходе нелинейного кодера.

10. На вход нелинейного декодера поступает ИКМ сигнал вида 00111101 Оп­
ределите амплитуду АИМ-2 отсчета на выходе нелинейного декодера.

11. Сформулируйте основные требования к генераторному оборудованию
ДСП.

12. Укажите назначение основных элементов структурной схемы генераторно­
го оборудования ЦСП.

13. Поясните работу схемы задающего генератора, изображенного на рис. 2.16.

14. Поясните работу схемы задающего генератора, изображенного на рис. 2.17.

15. Разработайте функциональную схему ЗГ с использованием двух инверто­
ров.

16. На примере схемы рис. 2.18 поясните режимы работы генераторного обо­
рудования.

17. Попытайтесь изобразить временные диаграммы работы схемы в режиме
внешней синхронизации.

18 Изобразите функциональную схему ДК для формирования канальных по­следовательностей импульсов с использованием кольцевого счетчика.

19. Изобразите функциональную схему ДК для формирования канальных по­следовательностей импульсов с использованием соответствующего разрядного счетчика.

5.3. Кодирующее и декодирующее устройства (КОДЕК)

Кодер аппаратуры ИКМ-30 предназначен для нелинейного кодирования (аналого-цифрового преобразования) последовательности АИМ-сигналов, поступающих от передающей части индивидуального оборудования телефонных каналов и канала вещания, в последовательность восьмиразрядных групп двоичного кода.

Декодер, аппаратуры ИКМ-30 предназначен, для нелинейного декодирования (аналого-цифрового преобразования) последовательности групп восьмиразрядного двоичного кода в последовательность АИМ-сигналов, поступающую далее на приемную часть индивидуального оборудования телефонных каналов и канала вещания.

Технические данные

Входным сигналом кодера является последовательность биполярных АИМ-сигналов с максимальной амплитудой 1,0 В и длительностью 2,0 мкс. поступающая с индивидуального оборудования.

Выходной сигнал кодера - восьмиразрядный симметричный двоичный код, получаемый следующим образом:

• максимальный положительный сигнал кодируется как - 11111111;
• минимальный положительный – 10000000;
• максимальный по величине отрицательный – 01111111;
• минимальный по величине отрицательный – 00000000.

Все кодовые комбинации на выходе кодера претерпевают дополнительное преобразование, заключающееся в инверсии четных разрядов кода. На приеме осуществляется обратное преобразование. Указанное преобразование имеет целью уменьшение вероятности появления в передаваемом по линии ИКМ-сигнале длинных последовательностей нулевых посылок.

Частота повторения кодовых групп - 256 кГц.

Входным сигналом декодера, является вышеуказанный восьмиразрядныйдвоичный код.

Выходной сигнал декодера - последовательность АИМ-сигналов с максимальной амплитудой 2,0 В.

С целью увеличения отношения сигнал/шум квантования в диапазоне малых входных сигналов в кодере осуществляется нелинейное кодирование, которое эквивалентно применению компрессированию входного сигнала на передающей стороне и экспандирования на приемной.

Закон компандирования – логарифмический, А-87,6

; ;

; .

где ; .

А=87,6 – параметр компрессирования;

Входной кодируемый сигнал;

Его максимальное амплитудное значение;

N – номер шага квантования, считая от середины характеристики;

N МАКС – число шагов в каждой половине характеристики;

Шаг квантования – интервал между двумя дискретными уровнями квантования.

Указанный закон аппроксимирован 13-сегментной характеристикой с отношением наклонов характеристики на соседних сегментах равным двум.

Полная характеристика содержит 256 шагов квантования. Отношение величин шагов на соседних сегментах равно двум. В пределах сегмента шаг является равномерным. На рисунке 16 приведена характеристика кодирующего устройства (участок, соответствующий положительным сигналам). Указанная нелинейная характеристика квантования обеспечивает по сравнению с равномерной характеристикой с таким же числом шагов расширение динамического диапазона на величину

Рабочая точка кодера находится на границе между шагами квантования.

В процессе кодирования кодер определяет шаг, в пределах которого находится данный входной сигнал, и выдает на выходе номер этого шага в виде 8-разрядного двоичного кода.

На приемной стороне декодер выполняет обратную операцию в соответствии с поступившим кодом номера шага квантования восстанавливает амплитуду АИМ - сигнала.

Каждому из 256 интервалов амплитуд (шагов), подлежащих кодированию на передающей стороне, должен соответствовать на приемной стороне такой же интервал амплитуд на шкале выходных напряжений, подлежащих воспроизведению. Всевозможные амплитуды сигнала, заключенные в пределах одного интервала, должны воспроизводится одним дискретным,уровнем декодера. Наилучшее воспроизведение обеспечивает уровень декодера, находящийся на середине этого-интервала. При таком размещении всех 256 уровней декодера погрешность воспроизведения любой амплитуды внутри интервала не превосходит половины шага квантования на сегменте. Из этого следует различие в шкалах уровней кодера и декодера, т.е. уровни декодера должны быть смещены на 1/2 шага на сегменте по отношению к уровням кодера.

В отсутствии посегментного смещения уровней декодера, т.е. в случае, когда уровни кодера и декодера совпадают, на характеристике передачи вход кодера - выход декодера появляются разрывы на концах сегментов, а коэффициент передачи становится меньше единицы. При этом входные амплитуды будут воспроизводиться декодером с ошибкой большей, чем половина шага квантования.

Рисунок 16. Характеристика компандирования.

Структурная схема кодера

Кодер аппаратуры ИКМ-30 по принципу действия представляет собой аналого-цифровой преобразователь последовательного взвешивания с обратной связью.

Структурная схема кодера приведена на рисунке 17 . Она содержит следующие функциональные части:

Последовательность работы кодера

Процесс кодирования заключается в определении на характеристике кодирующего устройства шага квантования, в пределах которого находятся входной преобразуемый сигнал, и формирований двоичного кода, выражающего номер этого шага на характеристике. Кодирование по методу последовательного взвешивания можно рассматривать как последовательный поиск шага путем подбора суммы эталонов различных весов для достижения наиболее точного уравновешивания кодируемого сигнала.При этом результат каждого включения эталонов оценивается устройством сравнения (компаратором), последовательность решений которого образует код преобразуемого сигнала.

Кодируемый сигнал представлен неизменным по величине в течение цикла кодирования током Is, который пропорционален отсчету мгновенного значения напряжения на огибающей входного АИМ – сигнала. Отсчеты (выборки) мгновенных значений напряжения входного сигнала берутся с частотой временной дискретизации 256 кГц (8 кГц для телефонных каналов, 32 кГц для канала вещания). Для формирования токовогосигнала Is входной АИМ - сигнал поступает на устройствовыборки и хранения, производящее фиксацию мгновенного значения входного сигнала путем кратковременного заряда накопительной емкости до напряжения поступающего АИМ - сигнала и последующего хранения напряжения на ней. С выхода устройства выборки и хранения усиленный соответствующим образом сигнал выборки поступает на вход усилителя ввода. Усилитель ввода представляет собой управляемый напряжением генератор тока, вырабатывающий токи Is и –Is, которые затем подаются в точки суммирования А и В.

В одну из точек суммирования в зависимости от полярности входного сигнала на последующих этапах процесса кодирования подаются суммы эталонных токов I , вычитаемые из тока, кодируемого сигнала Is. Разность токов Is-I в общей точке суммирования и ток -Is в другой точке создадут на выходных сопротивлениях БЭК падения напряжения Us-U и Us соответственно. Компаратор, входы которого подключены к точкам суммирования, производит операцию вычитания:

(Us- U )-(-Us)=2Us-U

и вырабатывает сигнал “0”, если 2Us>U и сигнал “I”, если 2Us

В рассматриваемой процедуре поиска необходимой суммы эталонов, уравновешивающих входной сигнал, переход к следующему эталону производится на основании всех предыдущих решений компаратора, хранящихся в регистре памяти. На выходах 8 триггеров регистра памяти по мере записи в него решений компаратора формируется 8-резрядный параллельный код Q 1 ….Q 8 преобразуемого сигнала.