Передача аналоговых сигналов методом ИКМ

Для передачи непрерывных сообщений очень выгодно воспользоваться дискретным каналом. Для этого необходимо преобразовать непрерывное сообщение в дискретный (цифровой) сигнал, для чего наиболее часто используется импульсно-кодовая модуляция (ИКМ).

Для преобразования непрерывных сообщений в дискретную форму используются операции дискретизации и квантования. Полученная таким образом последовательность квантовых отчетов кодируется и передается по дискретному каналу, как всякое дискретное сообщение. На приемной стороне после декодирования восстанавливается (с той или иной точностью) непрерывное сообщение.

При ИКМ из передаваемого сообщения берутся отчеты с интервалом Т_Д, таким, чтобы по отчетам можно было с требуемой точностью восстановить сообщение. Отчеты квантуются по уровню, и передаче подлежат номера уровней квантования, представляемые, как правило, тем или иным двоичным кодом. Значность кода к и число уровней квантования N в данном случае связаны соотношением

В результате непрерывное сообщение преобразуется в поток двоичных символов, которые поступает на вход дискретного канала связи. Операции, связанные с преобразованием непрерывного сообщения, поступающего от источника, осуществляются в аналого-цифровом преобразователе (АЦП). Двоичные символы с выхода дискретного канала связи подаются на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), преобразующий кодовые комбинации в отчетах, по которым и производится восстановление переданного непрерывного сообщения, предназначенного для получателя.

Для передачи двоичных символов могут использоваться различные виды модуляции: амплитудная, фазовая и частотная. В соответствии с этим производится классификация систем: АМ-ИКМ, ФМ-ИКМ, ЧМ-ИКМ.

Ошибки передачи непрерывных сообщений цифровыми методами связаны с дискретизацией непрерывных сообщений по времени, квантования отчётов по уровням и неверной передачей отдельных символов цифрового потока по дискретному каналу связи. Далее считается, что причиной ошибок передачи цифровых символов является шум, действующий в канале.

Цифровые методы передачи обладает рядом преимуществ перед аналоговыми. Из основных можно указать следующие:

- малое влияние аппаратурных погрешностей на точность передачи сообщения;

- высокая помехоустойчивость;

- возможность регенерации сигналов (восстановление их формы) при ретрансляции;

- высокие технико-экономические показатели – широкое использование элементов цифровой техники, низкие требования к линейности общего тракта и т.д.

Шум квантования не связан с помехами в канале и целиком определяется выбором числа уровней квантования. Его можно сделать сколь угодно малым, увеличивая число уровней. При этом придется увеличивать число кодовых символов, приходящихся на каждый отсчет, а следовательно, сокращать длительность символа и расширять спектр сигнала в канале. Таим образом, так же, как и при помехоустойчивых аналоговых видах модуляции, снижение этого шума достигается за счет расширения спектра сигнала.

Поскольку при ИКМ верность передачи определяется числом уровней квантования, то увеличение верности сопровождается расширением спектра ИКМ сигнала по логарифмическому закону.

ИКМ ведет себя как идеальная система. Более подробный анализ приводит к выводу, что при одинаковой ширине спектра выигрыш в ИКМ приблизительно на 8 Дб меньше, чем в теоретически идеальной системе. В настоящее время не существует систем модуляции, более близких к идеальной, если спектр передаваемого сообщения равномерный. Поэтому система с ИКМ широко используется в тех случаях, когда высокую верность необходимо обеспечить с минимальной затратой мощности передатчика, например в спутниковых системах.

Определим число разрядов необходимых для обеспечения требуемого по условию числа уровней квантования N = 128:

А сейчас необходимо определить какую часть t занимает мое кодовое слово. Для этого найду длительность кодового слова во временном интервале.

где n-длина кодового слова

T₀-длительность элементарной посылки

Определим количество разрядов, которые можно теоретически передавать по каналу связи при использовании ИКМ-ЧМ модуляции.

Видно, что данный канал позволяет использовать при передаче сообщения в цифровом виде дополнительные разряды (например, для помехоустойчивого кодирования).

Рисунок 5.1. - Преобразование непрерывного сообщения в последовательность двоичных импульсов