Metode Pengkodean Sinyal Digital

Format kode

Setiap bit dari kata kode ditransmisikan atau ditulis menggunakan sinyal diskrit, misalnya impuls. Cara kode sumber direpresentasikan oleh sinyal tertentu ditentukan oleh format kode. Diketahui jumlah besar format, yang masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri dan dimaksudkan untuk digunakan pada peralatan tertentu.

• Format BVN (tanpa kembali ke nol) secara alami cocok dengan mode operasi rangkaian logika. Satu bit ditransmisikan dalam satu siklus clock; levelnya tidak berubah. Tepi positif berarti transisi dari 0 ke 1 pada kode sumber, tepi negatif berarti dari 1 ke 0. Tidak adanya tepi menunjukkan bahwa nilai bit sebelumnya dan selanjutnya adalah sama. Untuk memecahkan kode kode dalam format BVN, diperlukan pulsa clock, karena spektrumnya tidak mengandung frekuensi clock. Sinyal yang sesuai dengan kode format BVN berisi komponen frekuensi rendah (saat mentransmisikan rangkaian panjang nol atau satu, penurunan tidak terjadi).

• Format BVN-1 (tanpa kembali ke nol dengan selisih selama transmisi 1) adalah variasi dari format BVN. Berbeda dengan yang terakhir, di BVN-1 level tidak mengirimkan data, karena penurunan positif dan negatif berhubungan dengan bit tunggal. Penurunan sinyal terbentuk ketika transmisi 1. Ketika transmisi 0, levelnya tidak berubah. Decoding membutuhkan pulsa jam.

• Format BVN −0 (tanpa kembali ke nol dengan selisih saat mentransmisikan 0) melengkapi BVN-1 (tetesan sesuai dengan bit nol kode sumber). Dalam sistem multi-track untuk merekam sinyal digital, pulsa jam harus direkam bersama dengan kode dalam format BVN. Opsi yang memungkinkan adalah rekor dua sinyal tambahan, sesuai dengan kode dalam format BVN-1 dan BVN-0. Di salah satu dari dua sinyal, penurunan terjadi di setiap siklus clock, yang memungkinkan Anda mendapatkan pulsa frekuensi jam.

• Format VN (kembali ke nol) memerlukan transmisi pulsa yang hanya menempati sebagian dari interval clock (misalnya setengah), dengan satu bit. Ketika bitnya nol, tidak ada pulsa yang dihasilkan.

• Format VN-P (dengan jeda aktif) berarti mentransmisikan pulsa dengan polaritas positif dengan satu bit dan polaritas negatif dengan bit nol. Sinyal format ini memiliki komponen jam dalam spektrumnya. Ini digunakan dalam beberapa kasus untuk mengirimkan data melalui jalur komunikasi.

• Format DF-0 (dua fase dengan lompatan fase saat transmisi 0) sesuai dengan metode presentasi di mana tepian dibentuk pada awal setiap pengukuran. Dengan bit tunggal, sinyal dalam format ini berubah seiring dengan frekuensi clock, yaitu di tengah setiap siklus clock terdapat penurunan level. Ketika bit nol ditransmisikan, tidak ada penurunan yang terjadi di tengah siklus clock, yaitu terjadi lompatan fase. Kode masuk format ini memiliki kemampuan untuk melakukan sinkronisasi sendiri dan tidak memerlukan transmisi sinyal clock.

Arah tetesan saat mentransmisikan sinyal unit tidak menjadi masalah. Oleh karena itu, mengubah polaritas sinyal yang dikodekan tidak mempengaruhi hasil decoding. Itu dapat ditransmisikan melalui garis simetris tanpa komponen DC. Ini juga memudahkan untuk merekamnya secara magnetis. Format ini juga dikenal sebagai Manchester 1. Ini digunakan dalam kode alamat waktu SMPTE, yang banyak digunakan untuk sinkronisasi media audio dan video.

Oleh Barat Laut (Serov, CMT)

Pengkodean biner

Tidak ada jalan kembali ke nol

Pengkodean potensial juga disebut pengkodean non-return to zero (NRZ). Ketika mentransmisikan nol, ia mentransmisikan potensi yang ditetapkan pada jam sebelumnya (yaitu, tidak mengubahnya), dan ketika mentransmisikan satu, potensi dibalik ke kebalikannya. Kode ini disebut kode potensial dengan inversi kesatuan (NRZI).

tidak

Kode NRZ potensial (terbalik)

Untuk mentransmisikan satu dan nol, digunakan dua potensi yang dapat dibedakan secara berurutan:
NRZ (langsung):

• bit 0 diwakili oleh tegangan nol 0 (V);
• bit 1s diwakili oleh nilai U(V).

NRZ (terbalik):

• bit 0 diwakili oleh nilai U (V);
• bit 1 diwakili oleh tegangan nol 0 (V).

NRZI

Kode potensial NRZI

Saat mentransmisikan rangkaian satuan, sinyal, tidak seperti metode pengkodean lainnya, tidak kembali ke nol selama siklus clock. Artinya, perubahan sinyal terjadi ketika suatu unit ditransmisikan, dan transmisi nol tidak menyebabkan perubahan tegangan.

Keuntungan metode NRZ:

Kemudahan implementasi.

Metode ini memiliki pengenalan kesalahan yang baik (karena adanya dua potensi yang sangat berbeda).

Harmonisa fundamental f0 sudah cukup frekuensi rendah(sama dengan N/2 Hz, dengan N adalah kecepatan bit data diskrit [bit/s]), sehingga menghasilkan spektrum yang sempit.

Kekurangan metode NRZ:

Metode ini tidak memiliki properti sinkronisasi mandiri. Bahkan dengan generator jam berpresisi tinggi, penerima mungkin membuat kesalahan saat memilih momen untuk menangkap data, karena frekuensi kedua generator tidak pernah sepenuhnya sama. Oleh karena itu, kapan kecepatan tinggi pertukaran data dan urutan satu atau nol yang panjang, ketidakcocokan kecil dalam frekuensi clock dapat menyebabkan kesalahan seluruh siklus clock dan, karenanya, pembacaan nilai bit yang salah.

Kelemahan serius kedua dari metode ini adalah adanya komponen frekuensi rendah, yang mendekati sinyal konstan ketika mentransmisikan rangkaian panjang satu dan nol. Oleh karena itu, banyak jalur komunikasi yang tidak menyediakan sambungan galvanis langsung antara penerima dan sumber tidak mendukung jenis pengkodean ini. Oleh karena itu, dalam jaringan, kode NRZ terutama digunakan dalam bentuk berbagai modifikasinya, yang menghilangkan sinkronisasi kode yang buruk dan masalah dengan komponen konstan.

Pengkodean Manchester

Pengkodean Manchester

Pada Pengkodean Manchester Setiap ukuran dibagi menjadi dua bagian. Informasi dikodekan oleh potensi penurunan di tengah setiap siklus jam. Unit ini dikodekan oleh perbedaan dari tingkat rendah sinyal ke tinggi, dan nol - tepi sebaliknya (oleh standar IEEE 802.3, meskipun menurut D.E. Bagi Thomas, pengkodeannya terbalik). Pada awal setiap siklus clock, penurunan sinyal overhead dapat terjadi jika Anda perlu merepresentasikan beberapa satu atau nol secara berurutan. Karena sinyal bervariasi menurut setidaknya sekali per siklus transmisi satu bit data, maka kode Manchester memiliki sifat sinkronisasi mandiri yang baik. Kode Manchester tidak memiliki komponen konstan (berubah setiap siklus jam), dan harmonik fundamental dalam kasus terburuk (saat mentransmisikan rangkaian satu atau nol) memiliki frekuensi N Hz, dan dalam kasus terbaik (saat mentransmisikan bergantian satu dan nol) - N/2 Hz, sebagai dan pada NRZ. Rata-rata lebar spektrum dengan pengkodean Manchester dua kali lebih lebar dibandingkan dengan pengkodean NRZ.

Pengkodean diferensial Manchester

Pengkodean diferensial Manchester

Dengan pengkodean Manchester diferensial, level sinyal dapat berubah dua kali selama interval bit (waktu yang diperlukan untuk mengirimkan satu bit). Levelnya harus berubah di tengah interval; perbedaan ini digunakan untuk sinkronisasi. Ternyata ketika angka nol ditransmisikan, perbedaan level terjadi pada awal interval bit, tetapi ketika sebuah unit ditransmisikan, tidak ada perbedaan tersebut.

Pengkodean trinitas

(dengan kembali ke nol)

Artinya, setiap bit ditransmisikan melalui 3 level tegangan. Oleh karena itu diperlukan 2 kali kecepatan lebih dibandingkan dengan kecepatan normal. Ini adalah kode kuasi-terner, yaitu sinyal berubah antara 3 level.

Kode AMI bipolar

Kode AMI bipolar

Kode AMI digunakan pengajuan berikut bit:

• bit 0 diwakili oleh tegangan nol (0 V);

• bit 1 diwakili secara bergantian oleh -U atau +U (B).

Kode AMI memiliki sifat sinkronisasi yang baik ketika mentransmisikan serangkaian unit dan relatif mudah diterapkan. Kerugian dari kode ini adalah keterbatasan kepadatan angka nol dalam aliran data, karena urutan angka nol yang panjang menyebabkan hilangnya sinkronisasi. Digunakan dalam telepon lapisan data ketika aliran multiplexing digunakan.

HDB3

Kode HDB3 mengoreksi 4 angka nol berturut-turut ke dalam urutan sumber. Aturan pembentukan kodenya adalah sebagai berikut: setiap 4 angka nol diganti dengan 4 simbol yang mengandung setidaknya satu sinyal V. Untuk menekan komponen DC, polaritas sinyal V bergantian selama penggantian berturut-turut. Ada dua metode penggantian: 1) jika sebelum penggantian kode sumber terkandung angka ganjil satuan maka digunakan urutan 000V, jika genap maka 100V

Sinyal V dari satuan polaritas dilarang untuk sinyal tertentu

Sama seperti AMI, hanya pengkodean rangkaian empat angka nol yang diganti dengan kode -V, 0, 0, -V atau +V, 0, 0, +V - tergantung pada fase sinyal sebelumnya.

MLT-3

MLT-3 Transmisi Multi Level - 3 (transmisi bertingkat) - metode pengkodean yang menggunakan tiga level sinyal. Metode ini didasarkan pada peralihan siklik level -U, 0, +U. Satu berhubungan dengan transisi dari satu level sinyal ke level sinyal berikutnya. Sama seperti pada metodenya NRZI saat mentransmisikan "nol" sinyalnya tidak berubah. Dalam kasus peralihan level yang paling sering (urutan panjang), diperlukan empat transisi untuk menyelesaikan siklus. Hal ini memungkinkan frekuensi pembawa dikurangi empat kali lipat dibandingkan frekuensi clock MLT-3 metode yang nyaman untuk digunakan kabel tembaga sebagai media transmisi. Metode ini dikembangkan oleh Cisco Systems untuk digunakan dalam jaringan FDDI berbasis tembaga, yang dikenal sebagai CDDI. Juga digunakan di Fast Ethernet 100BASE-TX.

Pengkodean tetrar

Kode potensial 2B1Q

Kode potensial 2B1Q

Kode 2B1Q mentransmisikan sepasang bit dalam satu interval bit. Setiap pasangan yang mungkin diberi levelnya sendiri dari empat kemungkinan level potensi. Mengurangi
00 sesuai dengan potensi −2,5 V,
01 sama dengan −0,833 V,
11 - +0,833 V,
10 - +2,5 V.

1. Kode biner simetris.

2. Struktur kode.

3. Prinsip mengubah kode paralel menjadi serial

Selama proses pengkodean, amplitudo setiap sampel yang dikuantisasi oleh level AIM direpresentasikan sebagai urutan biner yang mengandung T karakter (kombinasi kode m-bit). Untuk menentukan struktur kombinasi dalam kasus paling sederhana, Anda perlu menulis amplitudo AIM dalam kode biner. penghitungan tujuan saya, dinyatakan dalam langkah kuantisasi.

Pada Gambar. Gambar 5.1 menunjukkan diagram waktu yang menjelaskan proses pengkodean saat menggunakan kode biner lima bit. Amplitudo sampel yang diterima pada input encoder, in dalam hal ini dapat mengambil nilai dalam kisaran # aim = =0-31 langkah kuantisasi bersyarat, dan pada output encoder terbentuk sinyal digital dengan PCM, yang merupakan rangkaian kombinasi kode lima bit.

Seperti yang ditunjukkan di atas, untuk transmisi sinyal telepon berkualitas tinggi dengan kuantisasi yang tidak merata, perlu menggunakan kode delapan bit (t=8, dan dengan seragam itu adalah 12-bit (t=12). Dalam praktiknya, kode biner digunakan jenis berikut: kode biner natural, kode biner simetris, kode biner refleks (kode abu-abu).

Kode biner simetris terutama digunakan saat menyandikan sinyal bipolar (misalnya sinyal telepon). Struktur kode dan tabel kode sesuai kode ini. Untuk semua sampel positif, simbol tanda memiliki nilai 1, dan untuk sampel negatif, 0. Untuk sampel positif dan negatif dengan amplitudo yang sama, struktur kombinasi kode sepenuhnya bertepatan (kecuali untuk bit tanda), yaitu kodenya adalah simetris. Misalnya, kode untuk sinyal positif maksimum adalah 11111111, dan sinyal negatif maksimum adalah 01111111. Nilai absolut dari langkah kuantisasi adalah 6=Ј/O rp/2 m ~ 1.

Kode biner alami terutama digunakan untuk mengkodekan sinyal unipolar. Menunjukkan struktur kode dan tabel kode, sesuai dengan kode ini (dengan tb). Jelasnya, jumlah kombinasi struktur yang berbeda adalah 256, dengan sinyal minimum sesuai dengan kombinasi 00000000, dan maksimum -11111111. Nilai absolut langkah kuantisasi adalah 6 = £/ batas /2 t.

Menggunakan alami kode biner Sinyal u-bipolar dapat dikodekan dengan terlebih dahulu menyediakan perpindahannya. Dalam hal ini, jelas, amplitudo sampel yang dikodekan berubah, dan transisi dari amplitudo dari* hitungan N s> dinyatakan dalam langkah kuantisasi, bila menggunakan kode simetris dengan amplitudo sampel I" yang sama bila menggunakan kode natural dan sebaliknya dapat dilakukan sebagai berikut:

|Saya„-128 jam Tidak >\2$, s (# n _127 dengan saya n<128; Ян 1Я с +127 при Я с <0.

Kode biner natural dan simetris adalah yang paling sederhana. Untuk kode natural dan simetris, kesalahan pada salah satu simbol dapat menyebabkan distorsi sinyal yang signifikan. Jika misalnya pada kombinasi kode bentuk 11010011 terjadi kesalahan pada digit kelima, yaitu kombinasi 11000011 diterima, maka amplitudo sampel akan lebih kecil dari nilai sebenarnya sebesar 2 4 = 16 langkah kuantisasi bersyarat. Yang paling berbahaya tentunya adalah kesalahan pada angka tertinggi (P» P;b

Mari kita pertimbangkan prinsip-prinsip pembuatan perangkat pengkodean dan penguraian kode, yang dapat bersifat linier dan nonlinier.

Pengkodean linier adalah pengkodean sinyal yang terkuantisasi secara seragam, dan pengkodean nonlinier adalah pengkodean sinyal yang terkuantisasi secara tidak seragam.

Beras. 5.1. Prinsip mengubah kode paralel menjadi serial (A) Dan

Berdasarkan prinsip operasi, encoder dibagi menjadi encoder tipe penghitungan, encoder tipe penimbangan matriks, dll. Dalam DSP, encoder tipe penimbangan paling sering digunakan, di antaranya yang paling sederhana adalah encoder penimbangan bitwise (Gbr. 5.20), outputnya yang menghasilkan kode biner alami. Prinsip pengoperasian encoder tersebut adalah menyeimbangkan sampel yang dikodekan dengan jumlah arus referensi (tegangan) dengan bobot tertentu. Skema encoder berbobot bit linier berisi delapan sel (dengan t=*8), memastikan pembentukan nilai digit yang sesuai (1 atau 0). Setiap sel (kecuali yang terakhir, sesuai dengan digit bobot terendah) mencakup rangkaian perbandingan CC (komparator) dan rangkaian pengurangan (SC).

Jika, misalnya, masukan encoder menerima sampel dengan amplitudo DAN aim = 1746, kemudian CCe menghasilkan P«-1 dan sinyal dengan amplitudo diterima pada input sel ketujuh H" Bidik=1746-1286=466. Pada keluaran CC7 kita mendapatkan Pt-O, dan sinyal dengan amplitudo yang sama #d IM = 466 akan sampai pada masukan sel encoder ketiga. Pada output CCe kita mendapatkan Re-1, dan input sel berikutnya akan menerima sinyal dengan #^ it *=

466--326=146, dst. Hasilnya, kombinasi kode dalam bentuk 10101110 akan dihasilkan (digit pertama adalah yang paling signifikan bobotnya).

Saat menyandikan sinyal bipolar di encoder, diperlukan dua sirkuit pembangkit referensi (PE) untuk menyandikan sampel positif dan negatif.

Dalam proses decoding sinyal, kombinasi kode m-bit diubah menjadi sampel AIM dengan amplitudo yang sesuai. Sinyal pada keluaran dekoder dapat diperoleh dengan menjumlahkan sinyal referensi (C/ fl) dari bit-bit kombinasi kode yang nilainya 1. Jadi, jika kombinasi kode 10101110 diterima pada masukan dekoder, maka amplitudo sampel AIM pada keluaran decoder #aim = 1286 + 325 + 86+45 + 23 = -1746.

Diagram blok dekoder linier tipe penimbangan ditunjukkan pada Gambar. 5.2K Di bawah pengaruh sinyal kontrol yang berasal dari peralatan pembangkit, kombinasi kode delapan bit berikutnya ditulis ke register geser. Setelah ini, hanya kunci-kunci tersebut (Yn... Kl^) yang ditutup yang sesuai dengan bit-bit yang mempunyai nilai 1. Akibatnya, sinyal referensi yang sesuai diterima dari generator sinyal referensi (FS) ke input penambah. , akibatnya terbentuk AIM pada keluaran penghitungan penambah dengan amplitudo tertentu.

Jelasnya, jika selama transmisi sinyal digital sepanjang jalur linier terjadi kesalahan pada satu (atau lebih) bit kombinasi kode, maka amplitudo sampel pada keluaran dekoder akan berbeda dari nilai sebenarnya. Jika misalnya pada kombinasi 10101110 terjadi error pada P&, r* e* kombinasi 10001110 diterima pada input decoder, maka amplitudo sampel pada output decoder adalah Raam = 12864-86 + 46 + 26^ 1426, yaitu 32& kurang dari penghitungan amplitudo sebenarnya sama dengan 1746.

Saat membuat encoder dan decoder, perlu menggunakan FE yang membentuk sekumpulan sinyal referensi, dan rasio antara nilai dua standar yang berdekatan adalah 2 (16,26,46,..., 1286). Ide umum dalam membangun perangkat tersebut adalah dengan menggunakan satu sumber sinyal referensi yang sangat stabil dan rangkaian rangkaian dengan koefisien transmisi /(=1/2). Rangkaian seperti ini biasanya berbentuk matriks yang diimplementasikan menggunakan resistansi presisi dari dua nilai (R Dan 2R).

1DSP modern menggunakan perangkat pengkodean dan penguraian kode nonlinier (codec nonlinier) yang menyediakan pengkodean dan penguraian sinyal dengan skala kuantisasi tidak merata dalam kode delapan bit (t-8). Metode berikut dapat digunakan untuk pengkodean skala kuantisasi tidak seragam:

analog companding, ditandai dengan kompresi (kompresi) rentang dinamis sinyal sebelum pengkodean linier, dan perluasan (ekspansi) rentang dinamis sinyal setelah decoding linier;

pengkodean nonlinier, ditandai dengan pengkodean sinyal dalam encoder nonlinier yang menggabungkan fungsi konversi analog-ke-digital dan kompresor;

digital companding, ditandai dengan pengkodean sinyal dalam encoder linier dengan jumlah bit yang banyak, diikuti dengan pemrosesan digital nonlinier dari hasil pengkodean.

Selama perintah analog (Gbr. 5.24), kompresor analog (AK) dan expander (AE) dihidupkan masing-masing pada input linear encoder (LC) dan output linear decoder (LD), menyediakan sinyal yang sesuai. konversi nonlinier dari sinyal analog (lihat Gambar 5.15).

Konversi sinyal

Kesalahan kuantisasi dan kebisingan.

Kuantisasi berdasarkan level, kuantisasi seragam dan tidak seragam.

Konversi sinyal.

Saluran ada seperangkat sarana teknis antara sumber pesan dan konsumen. Perangkat teknis yang membentuk saluran dirancang untuk memastikan bahwa pesan sampai ke konsumen dengan cara terbaik - untuk tujuan ini sinyal diubah. Transformasi sinyal yang berguna adalah modulasi, yang dibahas sebelumnya, dan konversi sinyal kontinu menjadi sinyal diskrit. Oleh karena itu, saluran diklasifikasikan berdasarkan negara bagian - kontinu Dan terpisah.

Sinyal yang membawa informasi tentang keadaan suatu objek atau proses bersifat kontinu, sama seperti proses itu sendiri yang kontinu. Oleh karena itu, sinyal tersebut disebut analog, karena mereka adalah analogi dari proses atau keadaan objek yang mereka wakili. Jumlah nilai yang dapat diterima oleh sinyal analog tidak terbatas. Oleh karena itu, saluran yang melaluinya sinyal-sinyal ini ditransmisikan juga bersifat analog.

Dalam pertukaran telepon otomatis, tugasnya sering kali berujung pada membedakan sejumlah keadaan suatu objek, misalnya, apakah sirkuit lintasan terisi atau bebas. Untuk mengirimkan sejumlah keadaan ini, cukup membandingkan sinyal yang diterima dengan beberapa sinyal referensi. Jika lebih besar dari referensi, objek berada dalam satu keadaan, jika lebih kecil - di negara lain. Semakin besar jumlah status objek, seharusnya semakin banyak tingkat referensi yang ada.

Sebaliknya konsumen cukup menerima informasi tentang keadaan suatu benda tidak secara terus-menerus dari waktu ke waktu, melainkan secara periodik, dan jika jangka waktu survei dikaitkan dengan laju perubahan keadaan suatu benda, maka konsumen tidak akan kehilangan informasi.

Akibat transformasi sinyal yang terus menerus disebut kuantisasi Dan contoh mendapatkan sampel sinyal, dianggap sebagai angka dalam sistem bilangan tertentu. Sampel ini adalah sinyal diskrit. Angka-angka ini diubah menjadi kombinasi kode sinyal listrik, yang ditransmisikan melalui jalur komunikasi secara terus menerus. Ketika digunakan sebagai pembawa keadaan konstan, rangkaian pulsa video diperoleh. Bila sangat penting, osilasi harmonik dimodulasi dengan urutan ini dan urutan pulsa radio diperoleh.

Pengkodean mengacu pada konversi sinyal diskrit menjadi urutan atau kombinasi simbol tertentu. Simbol kode adalah sinyal dasar , berbeda dari karakter lain dengan kode . Banyaknya nilai fitur kode biasanya disebut basis kode - M. Jumlah karakter dalam kombinasi kode N menentukan panjang kode. Jika panjang kode konstan untuk semua kombinasi, kode tersebut biasanya disebut seragam. Yang paling umum digunakan adalah biner seragam ( M=2) kode. Jumlah maksimum kombinasi kode untuk pengkodean seragam: N= M N.

Representasi sinyal kontinu dengan sampel, dan sampel dengan sekumpulan simbol, biasanya disebut jenis modulasi digital. Dari jumlah tersebut, yang paling umum adalah modulasi kode pulsa(ICM) dan modulasi delta(DM).

Mari kita pertimbangkan PCM. Misalkan kita perlu mengirimkan sinyal kontinu dengan rentang dari nol hingga 15 volt. Kami yakin cukup untuk menyampaikan 16 level saja, ᴛ.ᴇ. N= 16. Jadi, jika M= 2, maka N= 4. Kita beri kode: 0 V – 0000, 1 V – 0001, 2 V – 0010, 3 V – 0011, dst. Angka-angka ini, dalam bentuk pulsa dan jeda, masuk ke jalur komunikasi, kemudian diterjemahkan ke dalam penerima dan, jika perlu, diubah kembali menjadi sinyal kontinu. Konversi sinyal kontinu menjadi sinyal diskrit dilakukan pada perangkat yang disebut konverter analog-ke-digital(ADC), konversi terbalik - dalam perangkat konversi digital ke analog(DAC).

Transponder radar pesawat.

Diagram blok SSR Parameter kode permintaan Kode permintaan Interval kode Konten informasi Standar ICAO... [baca lebih lanjut]

- Pengkodean sinyal.

Metode pembentukan dan transmisi sinyal.

Sinyal dapat ditransmisikan: 1. Dengan metode baterai (pulsa arus searah): - dengan kabel percakapan - dengan metode multi-kawat - dengan saluran buatan 2. Dengan metode induktif 3. Dengan arus bolak-balik, nada atau...

Level terendah dalam hierarki pengkodean adalah pengkodean fisik, yang menentukan jumlah level sinyal diskrit (amplitudo tegangan, amplitudo arus, amplitudo kecerahan).

Pengkodean fisik mempertimbangkan pengkodean hanya pada tingkat terendah dari hierarki pengkodean - pada tingkat fisik dan tidak mempertimbangkan tingkat yang lebih tinggi dalam hierarki pengkodean, yang mencakup pengkodean logis dari berbagai tingkat.

Bersama-sama, pengkodean fisik dan pengkodean logis membentuk sistem pengkodean tingkat rendah.

Format kode [ ]

Setiap bit dari kata sandi ditransmisikan atau direkam menggunakan sinyal diskrit, seperti pulsa. Cara kode sumber direpresentasikan oleh sinyal tertentu ditentukan oleh format kode. Sejumlah besar format diketahui, yang masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri dan dimaksudkan untuk digunakan pada peralatan tertentu.

Arah tetesan saat mentransmisikan sinyal unit tidak menjadi masalah. Oleh karena itu, mengubah polaritas sinyal yang dikodekan tidak mempengaruhi hasil decoding. Itu dapat ditransmisikan melalui garis simetris tanpa komponen DC. Ini juga memudahkan untuk merekamnya secara magnetis. Format ini juga dikenal sebagai Manchester 1. Ini digunakan dalam kode alamat waktu SMPTE, yang banyak digunakan untuk sinkronisasi media audio dan video.

Sistem pengkodean dua tingkat

NRZ (Tidak Kembali ke Nol)

tidak(Non Kembali ke Nol, dengan Bahasa inggris  -  "tanpa kembali ke nol") adalah kode dua tingkat. Logika nol berhubungan dengan tingkat yang lebih rendah, yang logis berhubungan dengan tingkat atas. Transisi informasi terjadi pada batas interval signifikan (momen penting).

Opsi representasi kode NRZ

Ada beberapa opsi untuk menyajikan kode:

• Kode unipolar - yang logis diwakili oleh potensial atas, nol yang logis diwakili oleh potensial nol;
• Kode bipolar - yang logis diwakili oleh potensi positif, nol logis diwakili oleh potensi negatif.

Keuntungan dari kode NRZ

• Implementasi sederhana;
• Kecepatan transfer data yang tinggi;
• Bit start-stop digunakan untuk menyinkronkan transmisi byte.

Kekurangan kode NRZ

NRZI (Non Return to Zero Invertif)- kode potensial dengan inversi pada satu, kode dibentuk dengan membalikkan keadaan ketika logika diterima pada input perangkat pengkodean, ketika logika nol diterima, keadaan potensial tidak berubah. Metode ini merupakan metode Non Return to Zero (NRZ) yang telah dimodifikasi.

Karena kode tidak dilindungi dari rangkaian panjang logika nol atau satu, hal ini dapat menyebabkan masalah sinkronisasi. Oleh karena itu, sebelum transmisi, disarankan untuk melakukan pra-encode urutan bit tertentu dengan kode yang menyediakan pengacakan (pengacak dirancang untuk memberikan sifat keacakan pada urutan data yang dikirimkan untuk memfasilitasi pemilihan frekuensi clock oleh penerima). Digunakan dalam Fast Ethernet 100Base-FX dan 100Base-T4.

Keuntungan dari kode NRZI

• Kemudahan implementasi;
• Metode ini memiliki pengenalan kesalahan yang baik (karena adanya dua potensi yang sangat berbeda);
• Spektrum sinyal terletak di wilayah frekuensi rendah relatif terhadap tingkat pengulangan pada interval yang signifikan.

Kekurangan kode NRZI

• Metode ini tidak memiliki properti sinkronisasi mandiri. Bahkan dengan generator jam berpresisi tinggi, penerima mungkin membuat kesalahan saat memilih momen untuk menangkap data, karena frekuensi kedua generator tidak pernah sepenuhnya sama. Oleh karena itu, pada kecepatan data yang tinggi dan urutan satu atau nol yang panjang, ketidakcocokan jam yang kecil dapat menyebabkan kesalahan seluruh siklus jam dan, karenanya, pembacaan nilai bit yang salah;
• Kelemahan serius kedua dari metode ini adalah adanya komponen frekuensi rendah, yang mendekati sinyal konstan ketika mentransmisikan rangkaian panjang satu dan nol (dapat dielakkan dengan mengompresi data yang dikirimkan). Oleh karena itu, banyak jalur komunikasi yang tidak menyediakan sambungan galvanis langsung antara penerima dan sumber tidak mendukung jenis pengkodean ini. Oleh karena itu, dalam jaringan, kode NRZ terutama digunakan dalam bentuk berbagai modifikasinya, yang menghilangkan sinkronisasi kode yang buruk dan masalah dengan komponen konstan.

Pengkodean Manchester

Dengan pengkodean Manchester, setiap ukuran dibagi menjadi dua bagian. Informasi dikodekan oleh potensi penurunan di tengah setiap siklus jam. Ada dua varian pengkodean Manchester:

Pada awal setiap siklus clock, penurunan sinyal overhead dapat terjadi jika Anda perlu merepresentasikan beberapa satu atau nol secara berurutan. Karena sinyal berubah setidaknya sekali per siklus clock transmisi satu bit data, kode Manchester memiliki sifat sinkronisasi sendiri. Kehadiran wajib transisi di tengah bit memudahkan untuk mengisolasi sinyal clock. Perbedaan frekuensi transmisi yang diperbolehkan hingga 25% (ini berarti kode Manchester-2 adalah yang paling tahan terhadap desinkronisasi, kode ini melakukan sinkronisasi sendiri di setiap bit informasi yang dikirimkan).

Kepadatan kode 1 bit/hertz. Dalam spektrum sinyal yang dikodekan oleh Manchester-2, ada 2 frekuensi - frekuensi transmisi dan setengah frekuensi transmisi (terbentuk ketika 0 dan 1 atau 1 dan 0 berdekatan. Saat mentransmisikan urutan hipotetis hanya 0 atau 1 , hanya frekuensi transmisi yang akan ada dalam spektrum).

Keuntungan pengkodean Manchester

• Tidak ada komponen yang konstan (sinyal berubah pada setiap siklus transfer data)
• Pita frekuensi dibandingkan dengan pengkodean NRZ - harmonik fundamental ketika mentransmisikan barisan satu atau nol memiliki frekuensi N Hz, dan dengan barisan konstan (saat mentransmisikan barisan satu dan nol) - N/2 Hz.
• Ini adalah sinkronisasi mandiri, yaitu, tidak memerlukan pengkodean khusus dari pulsa jam, yang akan menempati pita data dan oleh karena itu merupakan kode terpadat per satuan frekuensi.
• Kemampuan untuk menyediakan isolasi galvanik dengan menggunakan trafo, karena tidak memiliki komponen konstan
• Keuntungan penting kedua adalah tidak diperlukannya sinkronisasi bit (seperti pada kode NRZ) dan, sebagai hasilnya, data dapat ditransmisikan secara berurutan selama yang diinginkan, itulah sebabnya kepadatan data dalam aliran kode keseluruhan mendekati 100% (misalnya untuk NRZ 1-8-0 sama dengan 80%).

kode Miller

Kode Miller (kadang-kadang disebut tiga frekuensi) adalah kode dua tingkat bipolar di mana setiap bit informasi dikodekan oleh kombinasi dua bit (00, 01,10,11), dan transisi dari satu keadaan ke keadaan lainnya dijelaskan oleh a grafik. Dengan kedatangan logika nol atau satu yang terus menerus ke encoder, polaritas beralih dengan interval T, dan transisi dari transmisi satu ke transmisi nol dengan interval 1,5T. Ketika urutan 101 tiba di encoder, terjadi interval 2T, oleh karena itu metode pengkodean ini disebut tiga frekuensi.

Keuntungan

• Tidak ada redundansi dalam kode (tidak ada kombinasi khusus untuk sinkronisasi);
• Kemampuan untuk melakukan sinkronisasi sendiri (kode itu sendiri berisi prinsip yang menjamin sinkronisasi);
• Kode Miller memiliki separuh bandwidth dari kode Manchester.

Kekurangan

• Adanya komponen konstan, sedangkan komponen frekuensi rendah juga cukup besar, hal ini diatasi dengan kode kuadrat Miller yang dimodifikasi.

Sistem pengkodean tiga tingkat

RZ (kembali ke nol)

Kode AMI menggunakan representasi bit berikut:

• bit 0 diwakili oleh tegangan nol (0 V)
• bit 1 diwakili secara bergantian oleh -U atau +U (V)

HDB3 (Orde Ketiga Bipolar Kepadatan Tinggi)

Kode HDB3 (High Density Bipolar Third Order) mengoreksi 4 angka nol berturut-turut dalam urutan aslinya. Aturan pembentukan kodenya adalah sebagai berikut: setiap 4 angka nol diganti dengan 4 simbol yang mengandung setidaknya satu sinyal V. Untuk menekan komponen DC, polaritas sinyal V bergantian selama penggantian berturut-turut. Ada dua metode penggantian:

1. Jika sebelum penggantian kode sumber terdapat bilangan ganjil, maka digunakan rangkaian 000V
2. Jika sebelum penggantian kode sumber berisi bilangan genap, maka digunakan rangkaian 100V

Sinyal V pada unit dilarang untuk sinyal polaritas tertentu

Sama seperti AMI, hanya pengkodean urutan empat angka nol yang diganti dengan kode -V/0, 0, 0, -V atau +V/0, 0, 0, +V - tergantung pada fase sinyal sebelumnya dan jumlah angka satu dalam sinyal, sebelum urutan angka nol tertentu.

MLT-3

MLT-3 (Transmisi Bertingkat - 3) (Transmisi multi-level bahasa Inggris)- metode pengkodean yang menggunakan tiga level sinyal. Metode ini didasarkan pada peralihan siklik level -U, 0, +U. Satu berhubungan dengan transisi dari satu level sinyal ke level sinyal berikutnya. Sama seperti metode NRZI, ketika logika nol ditransmisikan, sinyalnya tidak berubah. Metode ini dikembangkan oleh Cisco Systems untuk digunakan dalam jaringan FDDI berbasis tembaga, yang dikenal sebagai CDDI. Juga digunakan di Fast Ethernet 100BASE-TX. Yang satu berhubungan dengan transisi dari satu level sinyal ke level sinyal lainnya, dan perubahan level sinyal terjadi secara berurutan, dengan mempertimbangkan transisi sebelumnya. Ketika nol ditransmisikan, sinyalnya tidak berubah.

Keuntungan dari kode MLT-3

• Dalam kasus peralihan level yang paling sering (urutan panjang), diperlukan empat transisi untuk menyelesaikan siklus. Hal ini memungkinkan frekuensi pembawa dikurangi empat kali lipat dibandingkan frekuensi clock, menjadikan MLT-3 metode yang nyaman saat menggunakan kabel tembaga sebagai media transmisi.
• Kode ini, seperti NRZI, memerlukan pra-pengkodean. Digunakan dalam Fast Ethernet 100Base-TX.

Kode terner hibrida (Bahasa inggris)Rusia

4B3T

4B3T(4 Biner 3 Ternary, ketika 4 simbol biner ditransmisikan menggunakan 3 simbol ternary) - sinyal pada output encoder, menurut kode 4B3T, adalah tiga level, yaitu sinyal dengan tiga level potensial dihasilkan pada keluaran encoder. Kode dihasilkan, misalnya, menurut tabel pengkodean MMS43. Tabel pengkodean:

Tabel penguraian kode:

Sistem dengan pengkodean empat tingkat

2B1Q (Kode potensial 2B1Q)

Keuntungan dari metode 2B1Q

• Kecepatan sinyal metode ini dua kali lebih rendah dibandingkan kode NRZ dan AMI, dan spektrum sinyal dua kali lebih sempit. Oleh karena itu, dengan menggunakan kode 2B1Q, Anda dapat mentransfer data dua kali lebih cepat melalui jalur yang sama.

Kekurangan metode 2B1Q

• Penerapan metode ini memerlukan pemancar yang lebih kuat dan penerima yang lebih kompleks, yang harus membedakan empat level.

Selama proses pengkodean, amplitudo setiap sampel yang dikuantisasi oleh level AIM direpresentasikan sebagai urutan biner yang berisi simbol (kombinasi kode -bit). Untuk menentukan struktur kombinasi dalam kasus paling sederhana, Anda perlu menulis dalam kode biner amplitudo sampel AIM ", yang dinyatakan dalam langkah kuantisasi. Dalam hal ini, Anda dapat menggunakan relasi.

dimana a = (0, 1) adalah keadaan bit kombinasi yang sesuai; - bobot bit yang sesuai dalam langkah kuantisasi bersyarat.

Misal =5, a = 26, maka kombinasi kodenya akan berstruktur 11010 (digit pertama adalah yang paling signifikan bobotnya), jadi ak. Urutan kombinasi kode bit adalah sinyal baseband PCM, disebut juga digital.

Pada Gambar. Gambar 5.16 menunjukkan diagram waktu yang menjelaskan proses pengkodean saat menggunakan kode biner lima bit. Amplitudo sampel yang diterima pada masukan encoder dalam hal ini dapat mengambil nilai pada kisaran = 0-31 langkah kuantisasi konvensional, dan pada keluaran encoder dihasilkan sinyal digital dengan PCM yang merupakan rangkaian dari kombinasi kode lima bit.

Seperti yang ditunjukkan di atas, untuk transmisi sinyal telepon berkualitas tinggi dengan kuantisasi tidak merata, perlu menggunakan kode delapan bit (=8, dan dengan kuantisasi seragam, kode 12-bit (=12). Dalam praktiknya, berikut ini jenis kode biner yang digunakan: kode biner natural, kode biner simetris, kode biner refleks (kode abu-abu).

Kode biner simetris terutama digunakan saat menyandikan sinyal bipolar (misalnya sinyal telepon). Pada Gambar. Gambar 2.17 menunjukkan struktur kode dan tabel kode yang sesuai dengan kode ini. Untuk semua sampel I positif, simbol tanda mempunyai nilai 1, dan untuk sampel I negatif 0. Untuk sampel positif dan negatif sama dengan amplitudo I, struktur kombinasi kodenya bertepatan sepenuhnya dengan I (kecuali untuk bit tanda), yaitu kodenya simetris. Misalnya, sinyal positif maksimum sesuai dengan kode 11111111, dan sinyal negatif maksimum sesuai dengan 01111111. Nilai absolut dari langkah kuantisasi■ Kode biner alami terutama digunakan I dalam pengkodean sinyal unipolar. Pada Gambar. Gambar 2.18 menunjukkan struktur kode dan tabel kode yang sesuai dengan kode ini (pada =8).

Beras. 2.17. Formirova N tidak ada kode biner simetris

Jelasnya, jumlah kombinasi struktur yang berbeda adalah 256, dan sinyal minimum sesuai dengan kombinasi 00000000, dan maksimum adalah 11111111. Nilai absolut dari langkah kuantisasi

Dengan menggunakan kode biner alami, Anda dapat mengkodekan sinyal u-bipolar dengan terlebih dahulu memberikan biasnya, misalnya. ditunjukkan pada Gambar. 5.17. Dalam hal ini, jelas, amplitudo sampel yang dikodekan berubah, dan transisi dari amplitudo sampel, yang dinyatakan dalam langkah kuantisasi, saat menggunakan kode simetris, ke amplitudo sampel yang sama saat menggunakan kode natural, dan sebaliknya, dapat dilakukan sebagai berikut (Gbr. 2.17 dan 2.18):

Kode biner natural dan simetris adalah yang paling sederhana. Untuk kode natural dan simetris, kesalahan pada salah satu simbol dapat menyebabkan distorsi sinyal yang signifikan. Apabila pada kombinasi kode formulir 11010011 terjadi kesalahan pada angka kelima; yaitu kombinasi 11000011 diterima, maka amplitudo sampel akan lebih kecil dari nilai sebenarnya dengan = 16 langkah kuantisasi bersyarat. Mari kita pertimbangkan prinsip-prinsip pembuatan perangkat pengkodean dan penguraian kode, yang dapat bersifat linier dan nonlinier. Pengkodean linier adalah pengkodean sinyal yang terkuantisasi secara seragam, dan pengkodean nonlinier adalah pengkodean sinyal yang terkuantisasi secara tidak seragam. Kode yang dihasilkan dalam encoder disebut paralel jika sinyal yang termasuk dalam kelompok kode m-bit muncul pada keluaran encoder yang berbeda secara bersamaan, dan setiap keluaran encoder berhubungan dengan sinyal bit tertentu. Kode disebut berurutan jika semua sinyal disertakan dalam kode tersebut t-kali kelompok kode baris, muncul pada salah satu keluaran encoder secara bergantian dengan pergeseran waktu,

Beras. 2.18. Pembentukan kode biner alami

Kode paralel dapat diubah menjadi serial (Gbr. 2.19, i) dan sebaliknya (Gbr. 2.19,6) menggunakan rangkaian logika yang menyediakan pergeseran waktu pulsa (misalnya, register geser).

Beras. 2.19. Prinsip konversi pa- Gambar. 2.20. Encoder linier dari kode bit-paralel menjadi pembobotan berurutan (a) dan sebaliknya (B)

Menulis dan membaca informasi dari register dilakukan di bawah kendali sinyal yang berasal dari peralatan pembangkit.

Menurut prinsip operasi, encoder dibagi menjadi encoder tipe penghitungan, encoder matriks, encoder tipe penimbangan, dll. Dalam DSP, encoder tipe penimbangan paling sering digunakan, di antaranya yang paling sederhana adalah encoder penimbangan bitwise (Gbr. 2.20), outputnya menghasilkan kode biner alami. Prinsip pengoperasian encoder tersebut adalah menyeimbangkan sampel yang dikodekan dengan jumlah arus referensi (tegangan) dengan bobot tertentu. Rangkaian encoder linier pembobotan bitwise berisi delapan sel (pada =8) yang memastikan pembentukan nilai bit yang sesuai (1 atau 0). Setiap sel (kecuali yang terakhir, sesuai dengan digit bobot terendah) mencakup rangkaian perbandingan CC (komparator) dan rangkaian pengurangan (SC).

Sirkuit perbandingan memberikan perbandingan amplitudo sinyal AIM yang masuk dengan sinyal referensi, yang amplitudonya sesuai dengan bobot bit yang sesuai (= =. Jika amplitudo sinyal pada input CC sama dengan atau melebihi , maka 1 (pulsa) terbentuk pada keluaran, sinyal dikurangi, setelah itu sampai ke masukan sel berikutnya. Jika amplitudo sinyal pada masukan kurang dari , maka 0 (spasi) terbentuk pada keluaran dan sinyal melewati tanpa perubahan apa pun, proses pengkodean sampel berikutnya. Dengan demikian, proses pengkodean sesuai dengan operasi penimbangan (amplitudo sampel yang dikodekan dalam proses pengkodean diseimbangkan dengan jumlah nilai referensi dari sampel). bit yang sesuai).

Jika, misalnya, sampel dengan amplitudo diterima pada input encoder, maka ССб menghasilkan = 1 dan sinyal dengan amplitudo diterima pada input sel ketujuh. Pada output kita mendapatkan = 0, dan sinyal dengan amplitudo yang sama akan dikirim ke input sel encoder ketiga. Pada output CC 6 kita mendapatkan = 1, dan input sel berikutnya akan menerima sinyal dengan = 1 =, dst. Hasilnya akan dihasilkan kombinasi kode bentuk 10101110 (digit pertama adalah yang terbanyak penting).

Saat menyandikan sinyal bipolar di encoder, diperlukan dua sirkuit pembangkit referensi (FE) untuk menyandikan sampel positif dan negatif.

Dalam proses decoding sinyal, kombinasi kode bit diubah menjadi sampel AIM dengan amplitudo yang sesuai. Sinyal pada keluaran dekoder dapat diperoleh dengan menjumlahkan sinyal referensi () dari bit-bit kombinasi kode yang nilainya 1. Jadi, jika kombinasi kode 10101110 diterima pada masukan dekoder, maka amplitudo dari Hitungan AIM pada keluaran decoder = 174δ

Beras. 2.21 Decoder berat linier Gambar. 2.22 Pembuat enkode baris
tipe variabel dengan umpan balik

Diagram blok dekoder linier tipe penimbangan ditunjukkan pada Gambar. 2.21. Di bawah pengaruh sinyal kontrol yang berasal dari peralatan pembangkit, kombinasi kode delapan bit berikutnya ditulis ke register geser. Setelah ini, hanya kunci tersebut () yang ditutup

sesuai dengan bit yang memiliki nilai 1. Akibatnya, sinyal referensi yang sesuai diterima dari generator sinyal referensi (SE) ke input penambah, sebagai akibatnya pembacaan AIM dengan amplitudo tertentu terbentuk pada keluaran penambah.

Jelasnya, jika selama transmisi sinyal digital sepanjang jalur linier terjadi kesalahan pada satu (atau lebih) bit kombinasi kode, maka amplitudo sampel pada keluaran dekoder akan berbeda dari nilai sebenarnya. Jika misalnya pada kombinasi 10101110 terjadi kesalahan pada P 6, yaitu kombinasi 10001110 diterima pada masukan dekoder, maka amplitudo sampel pada keluaran i dekoder, yaitu lebih kecil dari amplitudo sampel sebenarnya, sama dengan Rangkaian encoder pembobotan bit yang dipertimbangkan berisi sejumlah besar rangkaian perbandingan, yang merupakan perangkat yang relatif kompleks. Dalam praktiknya, encoder tipe I pembobotan lebih sering digunakan dengan menggunakan rangkaian perbandingan tunggal dan rangkaian umpan balik yang berisi decoder (Gbr. 5.22). Di bawah pengaruh I sinyal kendali () yang berasal dari peralatan pembangkit, masukan decoder dari rangkaian kendali pada setiap siklus clock disuplai secara berurutan dari masing-masing keluaran, dimulai dari bit yang paling signifikan. Pada keluaran dekoder B, sinyal penyeimbang AIM () dihasilkan, yang

B memasuki input CC, yang dibandingkan dengan sinyal input AIM. B Tergantung pada hasil perbandingan, nilai bit saat ini terbentuk pada keluaran CC: 1 (at) atau O (at ).

Beras. 2.23. Prinsip menghasilkan sinyal referensi

Sinyal ini tiba pada keluaran dekoder dan melalui rangkaian umpan balik ke masukan rangkaian kontrol, dan ketika 1 tiba, keadaan keluaran yang sesuai dari rangkaian kontrol tetap tidak berubah (1), dan ketika O tiba, ia juga berubah. ke 0. Akibatnya, setelah siklus clock pada output rangkaian kontrol akan terbentuk kombinasi yang (dengan mempertimbangkan kesalahan kuantisasi).

Saat membuat encoder dan decoder (lihat Gambar 5.20 dan 5.21), perlu menggunakan FE yang membentuk sekumpulan sinyal referensi, dan rasio antara nilai dua standar yang berdekatan adalah sama dengan . Ide umum dalam membangun perangkat tersebut adalah dengan menggunakan satu sumber sinyal referensi yang sangat stabil dan rangkaian sirkuit yang memiliki koefisien transmisi (Gbr. 5.23). Rangkaian seperti itu biasanya berbentuk matriks yang diimplementasikan menggunakan resistansi presisi dua nilai ().

DSP modern menggunakan perangkat pengkodean dan penguraian kode nonlinier (codec nonlinier), yang menyediakan pengkodean dan penguraian kode sinyal dengan skala kuantisasi tidak merata dengan kode delapan bit (=8). Metode berikut dapat digunakan untuk pengkodean skala kuantisasi tidak seragam:

perbandingan analog, ditandai dengan kompresi rentang dinamis sinyal sebelum pengkodean linier, dan perluasan rentang dinamis sinyal setelah decoding linier;

pengkodean nonlinier, ditandai dengan pengkodean sinyal dalam encoder nonlinier yang menggabungkan fungsi konversi dan kompresor analog-ke-digital;

kompilasi digital, ditandai dengan pengkodean sinyal dalam encoder linier dengan jumlah bit yang banyak, diikuti dengan pemrosesan digital nonlinier dari hasil pengkodean.

Dengan kompanding analog (Gbr. 2.24), kompresor analog (AK) dan expander (AE) dihidupkan masing-masing pada input linear encoder (LC) dan output linear decoder (LD), menyediakan sesuai konversi nonlinier dari sinyal analog (lihat Gambar 2.15). Sebagai elemen dasar untuk membangun AK. dan AE sinyal bipolar, jaringan dua terminal dapat digunakan (Gbr. 2.25).

Beras. 2.24. Prinsip analog Gambar. 2.25 Jaringan companding dua terminal nonlinier untuk compander analog

Dengan bantuan resistor, mode operasi yang diinginkan dipilih dan parameter rangkaian disamakan untuk sinyal positif dan negatif. Kerugian yang signifikan dari metode ini adalah sangat sulit untuk mencapai karakteristik amplitudo yang sepenuhnya timbal balik dari kompresor dan ekspander, akibatnya karakteristik amplitudo total dari sistem kompresor-ekspander akan berbeda dari yang linier (lihat Gambar 2.15). Hal ini pasti akan menyebabkan distorsi nonlinier pada sinyal yang ditransmisikan. Kompandasi analog digunakan pada tahap awal pengembangan DSP, namun saat ini tidak digunakan.

Paling sering, DSP modern menggunakan codec nonlinier, untuk kenyamanan implementasinya pada sirkuit digital, disarankan untuk mengabaikan karakteristik kompresi halus dan menggantinya dengan karakteristik tersegmentasi, yang merupakan perkiraan karakteristik kompresi halus yang dipecah-pecah.

Pada Gambar. Gambar 2.26 menunjukkan karakteristik kompresi A tersegmentasi untuk sinyal positif (untuk wilayah nilai sinyal negatif bentuknya serupa). Secara formal, jumlah total segmen dalam karakteristik lengkap (untuk sinyal negatif dan positif) adalah 16, namun empat segmen pusat (masing-masing dua di wilayah positif dan negatif) sebenarnya membentuk satu segmen, sehingga jumlah segmen sebenarnya sama dengan 13 Oleh karena itu, karakteristik ini disebut karakteristik kompresi. Setiap segmen karakteristik (lihat Gambar 5.26) berisi 16 langkah kuantisasi, dan jumlah totalnya adalah 256 (128 untuk setiap polaritas sinyal). Dalam hal ini, penomoran segmen dan langkah kuantisasi berikut diterapkan: Nm di dalam setiap segmen: =0,1,2,...,7 dan =0, 1, 2,..., 15. Jelasnya, dalam setiap segmen langkah kuantisasinya menjadi konstan, yaitu dilakukan kuantisasi seragam keluar, dan ketika berpindah ke segmen dengan nomor seri besar, langkah kuantisasi meningkat 2 kali lipat, karena kemiringan segmen menjadi setengahnya. Langkah kuantisasi terkecil () berhubungan dengan dua segmen pertama (=0, 1) dan ternyata sama dengan . Untuk menentukan langkah kuantisasi pada segmen ke-i, Anda dapat menggunakan relasi

Jadi, langkah kuantisasi maksimum (pada segmen ketujuh), yaitu 64 kali lebih besar dari langkah minimum.

Jadi, koefisien pengomposisian, yang didefinisikan sebagai rasio langkah kuantisasi terbesar ke langkah kuantisasi terkecil, sama dengan , dan perolehan kekebalan kebisingan untuk sinyal lemah adalah sama dengan

Beras. 2.26. Karakteristik tipe companding A= 87,6/13

Ketergantungan khas perlindungan dari kebisingan kuantisasi pada level sinyal (untuk sinyal harmonik) untuk karakteristik /1 = 87.6/13 ditunjukkan pada Gambar. 2.27. Untuk sinyal lemah yang tidak melampaui segmen nol dan pertama, seperti dapat dilihat dari Gambar. 2.27, kuantisasi seragam dilakukan dengan langkah kuantisasi minimum meningkat seiring pertumbuhan. Saat berpindah ke segmen kedua, langkah kuantisasi meningkat 2 kali lipat, yaitu menjadi sama dengan , akibatnya menurun tajam, dan kemudian dalam a segmen tertentu meningkat seiring pertumbuhan, karena kuantisasi seragam dilakukan di dalam segmen tersebut. Jenis perubahan ini juga diamati selama transisi ke semua segmen berikutnya. Setelah sinyal memasuki zona pembatasan, keamanan menurun tajam karena kelebihan beban pada encoder.

Struktur kombinasi kode yang dihasilkan pada keluaran encoder beserta karakteristiknya A= 87.6/13, berbentuk PXYZABCD, dimana P adalah simbol tanda (1 untuk sinyal positif, 0 untuk negatif); XYZ - karakter kode nomor segmen Tidak\ ABCD - simbol kode nomor langkah dalam segmen (lihat Gambar 2.26). Jika, misalnya, sampel positif pada input encoder memiliki amplitudo yang sesuai dengan langkah kuantisasi kesembilan di segmen keenam, maka kombinasi 11101001 (P=l, XYZ=110, sejak =6, ABCD = 1001, sejak =9 ) akan dihasilkan pada keluaran encoder ).

Beras. 2.27. Ketergantungan Gambar. 2.28. Encoder nonlinier

jenis penimbangan

Sirkuit dan prinsip pengoperasian codec pembobotan nonlinier pada dasarnya sama dengan codec linier. Perbedaan terbesar terletak pada urutan penyertaan sumber referensi selama proses pengkodean sinyal sumber.

Untuk mengkodekan sinyal dengan polaritas yang sama pada generator sinyal referensi encoder, perlu dihasilkan 11 sinyal referensi. Pada Gambar. Gambar 2.28 menunjukkan diagram blok yang disederhanakan dari encoder tipe penimbangan nonlinier, yang berisi rangkaian perbandingan (CC), rangkaian standar switching dan penjumlahan (SPSC), dua rangkaian untuk menghasilkan sinyal referensi ( dan ) untuk sampel positif dan negatif, dan rangkaian logika kontrol (CLC). Pengkodean dilakukan dalam delapan siklus, yang masing-masing siklus membentuk salah satu simbol kombinasi kode. Dalam hal ini, tiga tahap berikut dapat dibedakan:

pembentukan lambang tanda P (bar 1);

pembentukan kode nomor segmen XYZ (siklus 2-4);

pembuatan kode nomor langkah dalam segmen ABCD (siklus 5-8).

Pada siklus clock pertama, tanda hitungan berikutnya yang diterima pada input encoder ditentukan. Jika pembacaannya positif, maka P = 1 dibangkitkan dan dihubungkan ke rangkaian, tetapi sebaliknya P = 0 terbentuk dan PV 2 dihubungkan ke rangkaian.

Kode nomor segmen dihasilkan sebagai berikut (Gbr. 2.29).

Pada siklus kedua, ULS, dengan bantuan SSSE, memberikan sinyal referensi yang sesuai dengan batas bawah segmen keempat ke input SS. Jika amplitudo sampel, maka diambil keputusan bahwa sampel tersebut jatuh menjadi salah satu dari empat segmen yang lebih tinggi (= 4 ... 7), simbol X berikutnya terbentuk =1, yang diumpankan melalui rangkaian umpan balik ke input ULS. Namun, jika kemudian diambil keputusan bahwa sampel tersebut termasuk dalam salah satu dari empat segmen orde rendah (=0...3), dan simbol X = 0 terbentuk, yang dikirim ke input ULS melalui rangkaian umpan balik.

Pada ketukan ketiga, simbol ketiga dari kombinasi (Y) terbentuk. Bergantung pada nilai simbol sebelumnya (X), nomor segmen tempat sampel yang dikodekan berada ditentukan. Jika X = 1, maka ULS menggunakan SPSE untuk mensuplai tegangan referensi yang sesuai dengan batas bawah segmen keenam ke input CC (lihat Tabel 5.1). Jika , maka diambil keputusan bahwa sampel termasuk dalam salah satu dari dua segmen tertinggi (=6 atau =7), dan simbol berikutnya Y=l terbentuk, yang dikirim ke input ULS melalui rangkaian umpan balik. Jika , maka diambil keputusan bahwa sampel termasuk dalam segmen keempat atau kelima, dan terbentuk Y = 0. Jika X = 0, maka ULS dengan bantuan SPSE memastikan bahwa tegangan referensi sesuai dengan batas bawah segmen kedua disuplai ke input CC.

Jika ,. kemudian diambil keputusan bahwa pembacaannya masuk ke dalam segmen kedua dan ketiga, dan terbentuklah Y=l. Jika, maka diambil keputusan bahwa sampel tersebut termasuk dalam salah satu dari dua segmen orde rendah, dan terbentuklah Y = 0.

Pada siklus pengkodean keempat, terbentuk simbol Z, yaitu simbol terakhir pada kode nomor segmen. Bergantung pada nilai simbol sebelumnya (XY), jumlah segmen yang sesuai dengan hitungan ini akhirnya ditentukan. Jadi, jika X = 1 dan Y = 0, maka tegangan referensi yang sesuai dengan batas bawah segmen kelima dihidupkan. Jika ==, maka diambil keputusan bahwa sampel termasuk dalam segmen kelima, simbol Z=l terbentuk dan tegangan referensi = tetap menyala sampai akhir proses pengkodean sampel ini. Jika , maka diputuskan sampel masuk ke dalam segmen keempat, terbentuk Z = 0 dan sampai akhir proses pengkodean dihidupkan, sesuai dengan batas bawah segmen keempat.

Beras. 2.29. Algoritma pembuatan kode angka

segmen

Hasilnya, setelah empat siklus pengkodean, empat simbol kombinasi (PXYZ) akan terbentuk dan satu dari delapan tegangan referensi yang sesuai dengan batas bawah segmen tempat sampel berkode jatuh akan dihubungkan ke CC.

Dalam empat siklus clock yang tersisa, simbol kombinasi kode ABCD dibentuk secara berurutan, yang nilainya bergantung pada jumlah langkah kuantisasi dalam segmen yang sesuai dengan amplitudo sampel yang dikodekan. Karena kuantisasi seragam dilakukan dalam segmen mana pun, proses pengkodean diimplementasikan, seperti pada encoder pembobotan linier, dengan menyalakan tegangan referensi yang sesuai dengan segmen tertentu secara berurutan.

Jadi, jika sampel positif dengan amplitudo diterima pada input encoder, maka setelah empat siklus clock pertama, simbol PXYZ = 1110 akan dihasilkan dan tegangan referensi yang sesuai dengan batas bawah segmen keenam akan dihubungkan ke CC. Pada siklus kelima, tegangan referensi maksimum yang sesuai dengan simbol paling signifikan (A) dalam kode nomor langkah kuantisasi untuk segmen keenam akan ditambahkan ke sinyal referensi ini. Sejak , simbol A = 0 terbentuk dan bukannya "" ~~ pada siklus keenam, tegangan referensi digit berikutnya = = dihubungkan. Karena simbol B = 1 terbentuk pada keluaran CC, tegangan referensi tidak berubah dan pada siklus ketujuh berikutnya tegangan referensi pelepasan berikutnya dihubungkan.

Karena ==, simbol C = 0 terbentuk dan tegangan referensi bit ini () dimatikan.

Pada siklus terakhir, tegangan referensi simbol orde rendah (D) dihubungkan. Sejak +-, simbol D = l terbentuk dan proses pengkodean sampel ini berakhir. Dengan demikian, kombinasi kode 11100101 akan dihasilkan pada keluaran encoder.

Seperti disebutkan di atas, 11 sinyal referensi dapat digunakan selama proses pengkodean, namun, pada saat proses pengkodean sampel mana pun selesai, tidak lebih dari lima sinyal referensi akan disertakan (salah satunya sesuai dengan batas bawah segmen. , tidak lebih dari empat - sinyal referensi dalam segmen yang sesuai).

Beras. 2.30. Prinsip perbandingan digital

Dalam kasus yang dipertimbangkan, hanya tiga sinyal referensi yang akan dihidupkan (512δ 0, 128 δ 0 dan 32 δ 0). Perlu diingat bahwa amplitudo sampel yang dikodekan tidak selalu dapat diseimbangkan secara tepat oleh sinyal referensi, seperti 1 pada contoh yang dipertimbangkan. Dalam kasus umum, kesalahan kuantisasi £/ error.q pasti akan terjadi, yang nilai maksimumnya sama dengan setengah langkah kuantisasi dalam segmen yang sesuai, yaitu. untuk segmen nol dan pertama (untuk sinyal lemah) dan untuk segmen ketujuh segmen (sinyal kuat).

Mari kita perhatikan fitur metode pengkodean ketiga dengan skala kuantisasi yang tidak merata, yaitu kompilasi digital.

Dengan kompilasi digital (Gbr. 2.30), pengkodean linier (seragam) (LC) dilakukan dengan sejumlah besar bit (misalnya, = 12) diikuti dengan konversi digital (kompresi digital CC) menggunakan perangkat logis menjadi delapan -bit kode nonlinier yang memiliki struktur yang sama seperti saat menggunakan encoder nonlinier dengan karakteristik kompresi tipe (lihat Gambar 5.26). Cara mengubah kombinasi kode linier 12-bit menjadi kombinasi kode nonlinier 8-bit ditunjukkan pada Tabel. 5.2. Digit pertama (P) tetap tidak berubah dan membawa informasi tentang polaritas sinyal. Arti karakter XYZ yang menentukan nomor segmen Tidak, sesuai dengan jumlah nol (/) dalam kombinasi 12-bit antara simbol P dan simbol ABCD (sebenarnya, simbol XYZ mewakili kebalikan dari kode nilai biner tiga bit alami).

Setelah karakter XYZ dibentuk menjadi kode delapan bit, karakter ABCD ditulis ulang tanpa perubahan, dan semua karakter lain dalam kombinasi 12-bit dibuang terlepas dari nilainya, sehingga menyebabkan kesalahan kuantisasi.

Tabel 2.2

Setelah karakter XYZ dibentuk menjadi kode delapan bit, karakter ABCD ditulis ulang tanpa perubahan, dan semua karakter lain dalam kombinasi 12-bit dibuang terlepas dari nilainya, sehingga menyebabkan kesalahan kuantisasi. Pada penerimaan, pemulihan sinyal AIM dilakukan menggunakan digital expander (DE) dan linear decoder (LD).

Penguraian kode nonlinier dilakukan serupa dengan pengkodean linier, dengan mempertimbangkan fitur-fitur pengkodean nonlinier yang dicatat. Jadi, dalam proses decoding nonlinier, yaitu pembentukan sampel AIM dengan amplitudo tertentu, tanda sampel dan nomor segmen () ditentukan dari struktur kombinasi kode (PXYZABCD), setelah itu ditemukan nilainya ( dengan mempertimbangkan fakta bahwa sinyal yang didekodekan Untuk mengurangi kesalahan kuantisasi, tegangan sama dengan setengah langkah kuantisasi di segmen ini ditambahkan):

dimana tegangan referensi sesuai dengan batas bawah segmen;

Langkah kuantisasi di setiap segmen.

Jika, misalnya, kombinasi kode 01010110 diterima pada input decoder (yaitu P = 0, =5, A = 0; B = 1; C = 1, D = 0), maka sampel AIM dengan amplitudo akan dihasilkan pada keluaran dekoder +)_" =

Jadi, dalam decoder dalam hal ini tegangan referensi dijumlahkan.

Literatur:Dasar 3 [8-21]

Menambahkan. 6 [102-104]

Pertanyaan keamanan:

1. Kode biner simetris dan alami

2. Pengkodean nonlinier. Karakteristik tipe A companding = 87.6/13. Rangkaian encoder nonlinier.

3. Modulasi kode pulsa diferensial

4. Modulasi delta