Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция.

I. Дифференциальное квантование (для речевых сигналов)

Речевые сигналы мало меняются от выборки к выборке, а поэтому можно сэкономить передающие (и приемные) ресурсы, если передавать не абсолютные значения выборок, а лишь их изменения. Так, если выборка m(k), то потребует для передачи меньше битов, чем полная выборка. И если приемник будет располагать точным значением сигнала, то по последовательности разностей будет восстановлена последовательность абсолютных значений выборок m(k).

Однако, ввиду неизбежности ошибок при передаче есть опасность постепенного нарастания отклонения выходных данных приемника от истинного значения и если это отклонение выйдет из зоны разрешенных значений, то -> потеря информации.

Для решения этой проблемы передатчик должен не только передать значения разностей , но также дублировать декодирующую функцию приемника. Тогда кодер будет выдавать разность , где m’(k-1) – полученная приемником при предыдущей передаче. В результате кодер будет инструктировать декодер, как вносить изменения в уже полученные выходные данные и, таким образом, автоматически производить коррекцию.

II. Дифференциальная PCM.

Большую, чем в предыдущем случае выгоду можно получить, если применить предсказание для медленно-меняющихся сигналов (речь) на основе предыдущих выборок.

Для оценки для К-ой выборки можно будет передавать разности .

Если использовать достаточно точную оценочную функцию, то эта разность будет меньше разности значений двух последовательных выборок (как было в предыдущем варианте). На приемнике используется та же оценочная функция, которая добавит входящее значение разности к оценке предыдущей выборки и т.о. будет оценена текущая выборка. Т.о. предыдущий вариант – частный случай DPCM, в котором для оценки выбрана функция .

В передатчике и квантуется . Последнее передается и принимается приемником.

Предсказатель – реализация на регистре сдвига, линейная взвешенная сумма предыдущих выборок и задержек, равных интервалу выборки.

Линейный эквалайзер

Введение в канал связи блоков адаптации к текущим свойствам улучшает качество связи

Понятие расширенного спектра.

Код расширения – псевдослучайная последовательность.

Применение: мобильная связь (множественный доступ с кодовым разделением – CDMA – code division multiple access)

· Расширение спектра со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS – frequency hopping spread spectrum)

·

Перестройка с помощью набора частот, переключаемых псевдослучайной последовательностью через определенный временной интервал.

Используются -частот-каналов. Частотный разнос каналов = ширине спектра входного сигнала.

Блок-схема системы связи. Расширение.спектра со скачкообразной перестройкой частоты.

* Расширение спектра методом прямой последовательности (direct sequence spread spectrum - DSSS)

Каждому биту информации ставится в соответствие несколько битов под действием кода расширения.

Для расширения используется операция - искл.или: 0+0=0; 1+1=0; 0+1=1; 1+0=1. Во сколько раз средн.частота кода расширения больше частоты данных, во столько же раз расширяется спектр. Блок схема канала связи:

Множественный доступ с кодовым разделением – CDMA

А,В,С – пользовательские коды («0» - инветр. «1»)

Каждый бит данных разбивается на k элем.сигналов.

Пусть каждый канал хар-ся скоростью передачи данных D или kD – элементарных сигналов в сети.

На рис. K=6. Для простоты считаем 1 -> +1; 0 -> -1;

Коды пользователей:

А: CA=<1,-1,-1,1,-1,1>

B: CB=<1,1,-1,-1,1,1>

C: CC=<1,1,-1,1,1,-1>

Базовой станции коды CA, CB, CC – известны. Процесс синхронизирован. Пусть приемник принимает сигнал с А, тогда приемник выставляет встречный код, совпадающий с кодом пользователя для «1» и перемножает их поэлементно, т.е.: Sa(d)= d1*C1+d2*C2+ d3*C3+d4*C4+ d5*C5+d6*C6; где di и Ci – составляющие кодов приемника и пользователя А. Для данного приемника (для бита «1») и , если передается «0».

Если декодировать сигнал пользователя В с помощью кода А, то нетрудно (из рис. видно) получить S = 1-1+1-1-1+1=0 для «-1» и для «0». Коды пользователей А и В называются ортогональными.

На практике для других пользователей и зависит от мощности мешающих сигналов и их числа.Ортогональные коды (CDMA):

М-длина последовательности:

Множественное расширение: перпендикулярным кодом увеличивает скорость передачи данных, затем спектр расшияется с помощью ПП.

Создание последовательностей расширения.

Коды расширения выбираются так, чтобы сигнал был шумоподобным, т.е. код расширения не должен содержать повторяющихся последовательностей и число 1 и 0 должно быть в среднем равным.

Для CDMA эти коды не должны быть коррелированны. Существует 2 категории последоват.расширения (ПР): ортогональные коды (ОК) и псевдослучайные последовательности (ПП). Основные свойства ПП должны быть:

* Равномерное распределение – все числа последовательности должны появляться с одинаковой частотой, а для двоичных чисел:

а) кол-во двоичных единиц -> ½ общего числа –св-во баланса.

б) серийность. Серией называют последовательность, полностью состоящей из 0 и 1. Длина ~ ½ всех серий = 1, ¼ всех серий ~ 2; 1/8 ~ 3 и т.д.

* Независимость. Ни одного из чисел последовательности не может быть получено с помощью других чисел, также принадлежащих последовательности.

* Свойство корреляции. Если определенный промежуток последовательности периодически сравнивается с циклическим сдвигом этого же промежутка, то разность числа совпадений и числа несовпадений не должна превышать 1

	Интерпретация
-1	Две посл-ти полностью совпадают Две посл-ти абс. не совпадают Две посл-ти яв-ся зеркальным антиподом

Вид автокорр. ф-ии (АКФ) для ПП для приведен.примера:

Эти импульсы можно использовать для синхронизации. Для двух источников ПП, «А» и «В» вводится ВКФ:

А,В – независимы – R->0

A или B + шум – R-> 0

Примен. в CDMA

Кодирование и защита от ошибок

Проверка четности – к каждому 7-му биту добавляется 1 бит (0\1), так, чтобы число 1 в кадре было четным (нечетн.). Например: 1110001 + 1 – отриц.четность (общ.число «1»-нечетное). После получения знака приемник проверяет кол-во «1» на четность. Если во время передачи 2 бита (4,6,8) измен.свое значение, то ошибка обнаружена не будет. Положительная четность используется при синхронной передаче данных, а (-)-ая – при асинхронной Не очень надежный способ!

Циклическая проверка четности с избыточностью (CRC).

Это более надежный метод и чаще применяется.

Суть метода: для блока из «К» бит (информация) передается также контрольная последовательность битов (FCS) из (n-k) бит. Вся посылка должна делиться без остатка на заданную константу (иногда делится информационная часть, и сравнивается с контрольными битами).

Развернутая схема обнаружения ошибок:

Управление потоками данных

Будем называть блок данных, переданный одним объектом другому (protocol data unit - PDU).

Управление потоками данных защитит получателя от перегрузки. Модели передачи без ошибок и с ошибками:

Каждый PDU содержит информационную часть и управляющую информацию и задерживается на некоторое время (время передачи и распространения).

Величина PDU зависит от емкости буфера приема, а также ограничен тем, что в небольшом блоке легче обнаружить ошибку и повторно передать его. В среде совместного использования нежелательно занимать ее в ущерб другим пользователям слишком долго.

Пусть каналом пользуются станции А и В, причем В имеет приемный буфер W для PDU, а станция А может переслать W PDU без ожидания подтверждения. Каждому PDU присваивается порядковый номер. Станция В подтверждает получение PDU, отправляя сообщение с номером следующего ожидаемого PDU. Станция А поддерживает список порядковых номеров PDU, разрешенных к пересылке. Станция В создает список порядковых номеров, которые она готова получить. Каждый из этих списков называется окном модулей PDU – процесс раздвижных окон.

Схема раздвижного окна (дуплексный режим):

Для номера используется 3-х битовый код, потому N кадров до 8 (0-7), однако окно может быть меньше 8 (как на рис. ~5)

Самые распространенные методы защиты от ошибок включают следующие составляющие:

- Приемник находит и отклоняет ошибочные PDU и отправляет в А номер, с которого надо повторить (REJ).

- Принятие верно подтверждается отсылкой в А соответствующего номера.

- Источник повторно передает PDU неподтвержденные через контрольное время.

Все эти составляющие называются автоматическим запросом повторной передачи (ARQ).

Спутниковая Связь

---

Дата добавления: 2015-08-05