Слайд 1Аналоговые и цифровые сигналы. Преобразования.
Лекция 4
Слайд 2Требования к микросхемам аналогового интерфейса связи
Слайд 3Сигналы звукового вещания
Представ. собой преобразованные в электрическую форму нестационарные случайные
процессы – звуковые колебания (музыка, пение, речь, …)
Слайд 4Аудио сигналы
Они могут занимать полосу частот от 20 до 20000
Гц.
Динамич. диапазон этих сигналов составл. 85-86 кГц.
Слайд 5Спектр речевого сигнала
Ухо человека нечувствительно к фазовым искажениям спектра телефонного
сигнала, поэтому речевой сигнал описывается своим амплитудным спектром или спектром
мощности G(F).
Слайд 6Спектр мощности
речевого сигнала
Слайд 8Все дело в помехах!
В цифровой технике «нули» и «единицы» на
входе и выходе
В аналоговой технике малейшая помеха – это искажение
информации
А источников помех так много!
Слайд 9Помехи в аналог. сигн.
В аналог. системах происходит накопление помех и
?????
Слайд 10Парам. тел. сигнала
Дальнейшее улучшение кол-ва за счет полосы связано с
ростом стоимости
Пик-фактор тел. сиг. = 13-17 дБ
Слайд 11Другие параметры реч. сигнала
В коммерческих сетях связи оценивают не только
разборчивость речи, но и натуральность звучания, узнаваемость голоса и др.
Эти характеристики определяются методами экспертных оценок.
Слайд 12Аналог. и цифр. сети
Телефонные сети делятся на аналоговые и цифровые
Цифровыми
называются сети связи в которых пользуются цифровыми методами мультиплексирования и
коммутации.
Слайд 13Цифровые сети работают с временным спектром.
Аналоговые раб. с частотным спектром.
Слайд 14Недостатки
Искажения переходных помех
Межсимвольная интерференция
Слайд 15Преимущества цифровой обработки сигналов
Воспроизводимость
Универсальность (многофункциональность)
Программируемость
Автоматический контроль
Слайд 16Преимущества цифровых сетей связи
Возможность работы при малых значениях S/N.
Осуществление
регенерации сигнала.
Простота сигнализации (с помощью 0,1).
Простота группообразования (сигналы похожи, легко
группировать).
Интеграция систем передачи и коммутации.
Слайд 17Преимущества цифровых сетей связи
Удобство реализации устройств в виде СБИС.
Легкость защиты
информации.
Простота развития новых форм обслуживания.
Слайд 18Наиболее подвержены искажению аналоговые сети во время пауз в разговоре
Регенерация
исключает все помехи, для цифровой 15-25 дБ сигнал-шум, на порядок
выше чем у аналог.
Слайд 19Регенерация сигнала
Главным достоинством цифровой системы является то, что
вероятность возникновения ошибки в линейном тракте можно сделать весьма небольшой,
введя регенераторы в промежуточных точках линии передачи.
Выгода при использовании процесса регенерации (восстановления) состоит в возможности локализации результатов воздействия помехи на сигнал.
Слайд 20Восстановление цифровых сигналов
Слайд 21Простота сигнализации
Управляющая информация является в основном цифровой и, следовательно, может
быть легко введена в цифровую систему передачи.
Одним из таких способов
………
Слайд 22Уплотнение (мультиплексирование)
каналов в телефонии
Слайд 23Мультиплексирование
В аналог. тел. сети применяется мультиплексор с разделением частот.
Цифр. сигналы
передаются по линии с помощью мультиплексирования с разделением времени.
Слайд 25Простота сигнализации
По отношению к системе передачи управляющая инф-я оказывается неотличимой
от информационных сообщений.
Аналог. системы передачи располагают весьма ограниченными возможностями осуществления
передачи управляющей информации
Слайд 26Легкость защиты информации
Цифр. сеть позволяет легко осуществить скремблирование и дескремблирование
цифрового потока.
В противоположность этому аналоговую речь зашифровать значительно труднее, и
такое шифрование не столь надежно, как в случае цифр. информации.
Слайд 27Интеграция систем передачи и коммутации
Единство технологии изготовления узлов и …
Слайд 29Реализация в виде СБИС
Устройства преобразования аналогового сигнала в цифровой и
наоборот, коммутац. схемы, мультиплексоры и др. – это стандартные узлы,
реализ. в виде цифр. микросхем и схем смешанного сигнала.
В интегральном виде легко реализуется цифровая обработка сигналов (процессоры ЦОС), и защита информации.
Слайд 30В цифровых каналах и сетях связи при малой вероятности ошибок
основным источником искажений телеф. сигнала явл. речепреобразование. Аналого-цифровое устройство на
передаче и цифро-аналоговое речепреобразующее устройство на приеме.
Слайд 31Недостатки цифровых сетей передачи речи
Расширение полосы частот
Необходимость аналого-цифрового и цифро-аналогового
преобразований
Необходимость временной синхронизации
Несовместимость с существующим аналоговым оборудованием
Слайд 32Преобразование речи в цифр. форму
В широком смысле способы преобразования речи
в цифр. форму могут быть подразделены на два класса: способы
кодирования аналоговых сигналов с максимально возможной точностью и способы обработки сигналов с целью кодирования…….
Слайд 33Первая категория
П.к. относится к общей проблеме аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований
и не ограничивается только преобразованием речи.
На
……………
импульсно – кодовая модуляция
Слайд 34Вторая категория
В.к. способов цифрового преобразования речи относится, в основном, к
созданию кодеров и декодеров речи, работающих с очень низкими скоростями
передачи и предназначенных для узкополосных систем.
Слайд 35Стандартные скорости
В настоящее время стандартной считают скорость передачи 64 кбит/с.
Еще большие скорости требуются для цифровой передачи программ звукового вещания
(аудио). Здесь стандартная скорость составляет 384 кбит/с
Слайд 36Теоретически
По Найквисту (и Котельникову) минимальное значение частоты дискретизации, необходимое для
извлечения всей информации из непрерывного, меняющегося во времени сигнала,
fS ≥ 2 BW,
где fS - частота дискретизации; BW - ширина полосы входного сигнала.
Слайд 39Если
Если речь модулируется сигналами с частотой 8 кГц, то для
правильного ее воспроизведения необходимо удалить из речи все высокочастотные составляющие
(> 4 кГц), даже если они присутствуют…
Слайд 40Системы с АИМ не пригодны для передачи на большие расстояния
из-за подверженности импульсов воздействию шумов, искажений и переходных помех.
В место
этого преобразуют (кодируют) АИМ (ампл.имп. модул.) дискреты в цифровую форму.
Такой подход называют импульсно-кодовой модуляцией
Слайд 41При передачи тел. сигнала рекомендуется брать fs=8 кГц
Слайд 42От аналогового к цифровому
Точкой встречи аналогового мира и устройства цифровой
обработки является АЦП, преобразующий аналоговые сигналы непрерывного времени (и непрерывной
амплитуды) в сигналы дискретного времени (выборка, sampled) и дискретного уровня (разбиение, квантование, quantized).
Слайд 43Основные параметры, характеризующие АЦП
Разрешение. Разрешением называют число уровней квантования
2n , где n представляет собой число разрядов преобразователя.
Этот
параметр определяет также максимальное отношение сигнал-шум (signal-to-noise ratio) в децибелах SNR ≈ n x 6,02 + 1,76
Слайд 46АДИКМ
Устройство, производящее АД – уплотнение исходного ИКМ – потока, называю
АДИКМ – транскодерами,….
Слайд 47Нелинейное квантование:
Во многих случаях эффективность…
Компандирование
COMpressor(сжимает динамический диапазон входных сигналов, увеличивая
коэффициент передачи для более слабых сигналов)/ exPANDER
Стандарты:
μ – 255
– Сев. Америка, Япония
А – Европа, СНГ
Слайд 49Выигрыш
Это обеспечивает достаточное число разрядов для малых сигналов и приемлемый
динамический диапазон для больших сигналов