Prilikom korišćenja računara za obradu informacija sa različitih uređaja (objekata, procesa), u kojima su informacije predstavljene kontinuiranim (analognim) signalima, potrebno je analogni signal pretvoriti u digitalni - u broj proporcionalan amplitudi ovog signala, i obrnuto. Općenito, postupak analogno-digitalne konverzije sastoji se od tri faze:

diskretizacija;

kvantizacija nivoa;

kodiranje.

Ispod uzorkovanje razumjeti transformaciju funkcije kontinuiranog vremena u funkciju diskretnog vremena, a sam proces uzorkovanja se sastoji u zamjeni kontinuirane funkcije njenim pojedinačnim vrijednostima u fiksnim vremenima.

Uzorkovanje može biti ujednačeno i neujednačeno. Kod neujednačenog uzorkovanja, trajanje intervala između uzoraka je različito. Najčešće se koristi uniformno uzorkovanje, u kojem je trajanje intervala između uzoraka T D, je konstantna. Period uzorkovanja T D kontinuirani signal i (t)(Slika 1 a) se bira u skladu sa Kotelnikovom teoremom:

gdje F in- najviša frekvencija u spektru frekvencija signala i (t)(sl. 1 b)

Rice. 1. Al-to-digital proces konverzije

Ispod kvantizacija razumjeti transformaciju neke veličine s kontinuiranom skalom vrijednosti u veličinu koja ima diskretnu skalu vrijednosti.

Za to, cijeli raspon vrijednosti signala i (t), tzv. skala je podijeljena na jednake dijelove - kvante, h - korak kvantizacije. Proces kvantizacije se svodi na zamjenu bilo koje trenutne vrijednosti jednom od konačnog skupa dozvoljenih vrijednosti, tzv. nivoi kvantizacije.

Tip signala i (t) kao rezultat zajedničkog izvođenja operacija uzorkovanja i kvantizacije prikazan je na Sl. 1 c). Vrijednost uzorkovanog signala i (t), koji se nalazi između dva nivoa kvantizacije identifikuje se sa najbližim nivoom kvantizacije. To dovodi do grešaka kvantizacije, koje su uvijek manje od koraka kvantizacije (kvantnog), tj. što je manji korak kvantizacije, manja je greška kvantizacije, ali više nivoa kvantizacije.

Broj nivoa kvantizacije na Sl. 1 c) jednako je osam. Obično ih je mnogo više. Nivoi se mogu numerisati i izraziti binarno. Za osam nivoa, tri bita su dovoljna. Svaka diskretna vrijednost signala je u ovom slučaju predstavljena binarnim kodom (Tabela 1) u obliku niza signala dva nivoa.

Tabela 6.1

Prisutnost ili odsustvo impulsa na određenom mjestu tumači se jednim ili nulom u odgovarajućem bitu binarnog broja. Digitalni oblik predstavljanja signala i (t) prikazano na sl. 1 d). Impulsi visokog reda nalaze se krajnje desno.

Tako, kao rezultat uzorkovanja, kvantizacije i kodiranja analognog signala, dobijamo sekvencu n-bitne kombinacije kodova koje slijede s periodom uzorkovanja T l. Istovremeno, racionalno izvođenje operacija uzorkovanja i kvantizacije dovodi do značajnog ekonomskog efekta kako smanjenjem troškova skladištenja i obrade primljenih informacija, tako i smanjenjem vremena za obradu informacija.

5. Digitalni prenosni sistemi. Osnove izgradnje telekomunikacionih sistema i mreža

5. Digitalni prenosni sistemi

5.1. Digitalni signali: uzorkovanje, kvantizacija, kodiranje

Trenutno se širom svijeta razvija digitalni oblik prijenosa signala: digitalna telefonija, digitalna kablovska televizija, digitalni komutacijski sistemi i sistemi prijenosa, digitalne komunikacione mreže. Kvaliteta digitalne komunikacije je mnogo veća od one analogne, budući da su digitalni signali mnogo otporniji na šum: nema akumulacije šuma, lako se obrađuju, digitalni signali se mogu "komprimirati", što omogućava organiziranje više kanala u jednom frekvencijski opseg sa velikom brzinom prenosa i odličnim kvalitetom.

Digitalni signal To je niz impulsa. Općenito je prihvaćeno da se pulsni niz predstavlja kao izmjena dva karaktera: 0 i 1. "Binary Digit" - "binary digit". Odatle dolazi koncept bitova, to jest, jedna pozicija u digitalnom signalu je 1 bit; može biti 0 ili 1. Osam pozicija u digitalnom signalu je definisano konceptom bajt .

Prilikom prijenosa digitalnih signala uvodi se koncept brzine prijenosa - to je broj bitova koji se prenose u jedinici vremena (po sekundi).

Za prijenos kontinuiranih poruka digitalnim metodama potrebno je ove poruke pretvoriti u diskretne, što se vrši uzorkovanjem kontinuiranih signala u vremenu i kvantizacijom po nivou, te pretvaranjem kvantiziranih uzoraka u digitalni signal.

Uzorkovanje signala sastoji se u zamjeni kontinuirane poruke od u do (t) s nizom njenih uzoraka, odnosno nizom impulsa moduliranih po amplitudi (vidi sliku 5.1, a). Frekvencija uzorkovanja F d se bira iz uslova (4.4.1). Dobijeni analogni AIM signal u AIM (iT d), gdje je i = 1, 2, 3 ..., prikazan na slici 5.1, a, zatim prolazi kroz operaciju kvantizacije koja se sastoji u zamjeni uzoraka trenutnih vrijednosti signal u AIM (iT d) sa diskretnim vrijednostima u 0, u 1, u 2… u 7 dozvoljenih nivoa u sq (iT d). U procesu kvantizacije, trenutne vrijednosti AIM signala nivoa u AIM (iT d) zamjenjuju se najbližim dozvoljenim nivoima signala u kv (iT d) (vidi sliku 5.1, a).

Slika 5.1. PCM princip: a - diskretizacija; b - greška kvantizacije; c - digitalni signal iz PCM-a

Takva transformacija primarnih signala se može nazvati kvantizirana modulacija amplitude impulsa (KAIM)... Karakteristika takvog signala je da se svi njegovi nivoi mogu numerisati i time redukovati prenos KAIM signala na prenos nizova brojeva nivoa koje ovaj signal prima u vremenima i ∙ t d.

Udaljenost između najbližih dozvoljenih nivoa kvantizacije (u 0 ... u 7 na slici 5.1, a) ∆ se naziva korak kvantizacije... Skala kvantizacije naziva se uniformnom ako su svi koraci kvantizacije međusobno jednaki ∆ j = ∆ 0.

Ako u trenutku uzimanja i-tog uzorka trenutna vrijednost kontinuirane poruke od u do (t i) zadovoljava uvjet

u j - ∆ j / 2 ≤ u AIM (iT d) ≤ u j + ∆ j / 2, (5.1)

tada se kvantizovanom impulsu u kv (iT d) dodeljuje amplituda dozvoljenog nivoa kvantizacije u j (vidi sliku 5.1, a). U ovom slučaju dolazi do greške kvantizacije δ kV, koja predstavlja razliku između prenesene kvantizirane vrijednosti u kv (iT d) i prave vrijednosti kontinuiranog signala u datom trenutku u AIM (iT d) (vidi sliku 5.1, b) :

δ sq (iT d) = u sq (iT d) - u AIM (iT d). (5.2)

Kao što slijedi iz slika 5.1, b i (5.1), greška kvantizacije je unutar granica

–∆ 0/2 ≤ δ kv ≤ ∆ 0/2. (5.3)

Amplitudna karakteristika uređaja za kvantovanje sa ujednačenom skalom kvantizacije prikazana je na slici 5.2, a. Ima stepenasti oblik, a kada se kontinuirana poruka u do (t) i odgovarajući AIM signal u AIM (iT d) promijene unutar jednog koraka, izlazni signal ostaje konstantan, a kada se dostigne granica ovog koraka, mijenja se naglo za veličinu koraka kvantizacije. U ovom slučaju, greška kvantizacije zavisi od u do (t) i ima oblik prikazan na slici 5.2, b.

Slika 5.2. Amplitudna karakteristika kvantizatora (a) i zavisnost greške kvantizacije od amplitude impulsa (b)

Kako slijedi sa slike 5.2, b, zbog nelinearnosti amplitudske karakteristike kvantizatora, greška kvantizacije δ kV je funkcija s velikim brojem oštrih skokova čija je stopa ponavljanja znatno veća od frekvencije originalne poruka od u do (t), odnosno, tokom kvantizacije, spektar signala se širi... U ovom slučaju, susjedni bočni pojasevi će se međusobno preklapati i komponente spektra izobličenja kvantizacije će pasti u propusni pojas niskopropusnog filtera na izlazu kanala, čija se distribucija u pojasu niskopropusnog filtera smatra ravnomjernom. Budući da su gotovo sve diskretne vrijednosti kontinuirane poruke unutar zone kvantizacije od –u ogr do + u ogr, onda sa uniformnom skalom kvantizacije ∆ j = ∆ 0 i tada:

Rkv = (1/12) ∆ 2 0. (5.4)

Iz izraza (5.4) se može vidjeti da kod uniformne skale kvantizacije snaga šuma kvantovanja ne zavisi od nivoa kvantizovanog signala i određena je samo korakom kvantovanja ∆ 0.

Razmotrimo sada kodiranje i dekodiranje signala. Sljedeći korak u konverziji signala je digitalizacija kvantiziranog PAM signala. Ova operacija se zove PIM kodiranje. Kod je zakon koji uspostavlja korespondenciju između kvantizovane amplitude i strukture grupe kodova.

Razlikovati uniformne i neujednačene kodove. Ako se sve grupe kodova sastoje od jednakog broja znakova, tada se kod naziva uniformnim. Ako se kodne grupe sastoje od različitog broja simbola, tada se kod naziva neuniformnim. PCM sistemi za prenos obično koriste uniformni binarni kod.

Za određivanje strukture binarne kodne riječi na izlazu enkodera u najjednostavnijem slučaju, potrebno je zapisati amplitudu AIM uzoraka u binarnom kodu, izraženu u koracima kvantizacije

gdje je a i = (0,1) stanje odgovarajućeg pražnjenja kombinacije; 2 i - težina odgovarajućeg bita u koracima kvantizacije.

Ako je u decimalnom sistemu "težina" svake pozicije broja donekle jednaka broju deset, onda se u binarnom sistemu umjesto broja deset koristi broj dva. "Težine" prvih trinaest pozicija binarnog broja imaju sljedeća značenja:

Tabela - 5.1

Prema principu rada enkoderi se dijele na enkodere brojivog tipa, matrične enkodere, enkodere pondera i druge. Najčešće korišćeni enkoderi tipa ponderisanja, od kojih je najjednostavniji enkoder sa bitnim ponderisanjem (slika 5.3), koji implementira funkciju (5.5) sa formiranjem prirodnog binarnog koda. Princip rada takvog enkodera je da uravnoteži očitanja koja kodira AIM sa zbirom referentnih napona. Kolo linearnog enkodera za pobitno ponderisanje sadrži osam ćelija (za m = 8), koje obezbeđuju formiranje vrednosti koeficijenta a i odgovarajućeg bita (5.5). Svaka ćelija (s izuzetkom poslednje, koja odgovara najmanje značajnom bitu po težini) uključuje CC kolo za poređenje i CB kolo za oduzimanje.

Krug za poređenje uspoređuje amplitudu dolaznog AIM signala sa referentnim signalima, čije su amplitude jednake težinama odgovarajućih znamenki

U et8 = 2 7 ∆ = 128 ∆; U et7 = 2 6 ∆ = 64∆; … U et1 = 2 0 ∆ = 1∆.

Ako je na ulazu SS i amplituda dolaznog AIM signala jednaka ili veća od U eti, tada se na izlazu uporednog kola formira "1", a U eti se oduzima od ulaznog signala u CB i, nakon koje unosi na ulaz sljedeće ćelije. Ako je amplituda AIM signala na ulazu SS i manja od Ueti, tada se na izlazu CC i formira "0" i AIM signal prolazi kroz CB i nepromijenjen. Nakon završetka procesa kodiranja trenutnog uzorka, na izlazu enkodera se dobija osmobitni paralelni kod, enkoder se postavlja u početno stanje i počinje kodiranje sljedećeg uzorka.

Slika 5.3. Linearni koder sa bitnim djelovanjem

Ako je, na primjer, na ulaz enkodera stigao AIM uzorak amplitude U AIM = 185∆, tada SS 8 formira P 8 = 1 i stigao je signal amplitude U AIM = 185∆ - 128∆ = 57∆ na ulazu sedme ćelije. Na izlazu CC 7 formira se P 7 = 0 i na ulaz šeste ćelije enkodera biće primljen signal iste amplitude U AIM = 57∆. Na izlazu CC 6 formiraće se P 6 = 1 i na ulazu sledeće ćelije će biti primljen signal amplitude U AIM = 57∆ - 32∆ = 25∆ i tako dalje. Kao rezultat, generirat će se kombinacija koda 10111001.

U procesu dekodiranja signala, m-bitne kombinacije kodova se pretvaraju u AIM uzorke odgovarajuće amplitude. Signal na izlazu dekodera dobiva se kao rezultat zbrajanja referentnih signala U ovih bitova kodne kombinacije, čije su vrijednosti jednake 1 (slika 5.4). Dakle, ako je kodna kombinacija 10111001 stigla na ulaz dekodera, tada će amplituda očitavanja AIM-a na njegovom izlazu biti jednaka U AIM = 128∆ + 32∆ + 16∆ + 8∆ + 1∆ = 185∆.

U linearnom dekoderu (slika 5.4), pod uticajem upravljačkih signala sa generatorske opreme, sledeća osmobitna kodna kombinacija se upisuje u registar pomeranja. U trenutku dolaska impulsa za očitavanje, zatvoreni su samo oni ključevi Kl 1 ... Kl 8, koji odgovaraju ciframa koje imaju vrijednosti "1". Kao rezultat, odgovarajući referentni naponi se kombinuju u sabiraču i odgovarajuća amplituda AIM očitavanja se dobija na njegovom izlazu.

Slika 5.4. Linearni dekoder tipa vaganja

Razmatrano kolo enkodera (slika 5.3) bitnog ponderisanja sadrži veliki broj uporednih kola, koji su relativno složeni uređaji. U praksi se češće koristi koder tipa ponderiranja sa jednim uporednim krugom i povratnom petljom koja sadrži dekoder. Kao što slijedi iz izraza (5.4), snaga šuma kvantizacije za linearno kodiranje će biti jednaka pri različitim amplitudama kvantizovanih signala. Za sinusoidne signale, omjer signal-šum kvantizacije izračunava se po formuli:

, (5.6)

gdje je U m amplituda kvantiziranog signala.

Iz formule se može vidjeti da je za slabe ulazne signale ovaj omjer mnogo lošiji nego za signale velike amplitude. Da bi se otklonio ovaj nedostatak, predloženo je korištenje neujednačene kvantizacije, odnosno mijenjanje koraka kvantizacije proporcionalno promjeni amplitude ulaznog signala.

Za kodiranje s neuniformnom skalom kvantizacije može se koristiti sljedeće:

• direktno nelinearno kodiranje, u kojem enkoder kombinira funkcije analogno-digitalne konverzije (ADC) i kompresora;
• analogno kompandiranje, u kojem se signal kompresuje prije linijskog kodera, a signal se proširuje nakon linijskog dekodera;
• konverzija zasnovana na linearnom kodiranju, u kojoj se signal kodira u linearnom koderu sa velikim brojem bitova, nakon čega slijedi digitalno kompandiranje.

Promjenjivi korak kvantizacije može se dobiti korištenjem uređaja s nelinearnom amplitudnom karakteristikom (slika 5.5) (nazvan kompresor jer komprimira dinamički opseg ulaznog signala) i uniformnim kvantizerom (vidi sliku 5.2). Na prijemnoj strani, dinamički opseg je proširen ekspanderom koji ima karakteristiku suprotnu od kompresora, čime se osigurava linearnost prijenosnog sistema. Skup operacija kompresije dinamičkog raspona kompresora i njegovog proširenja ekspanderom naziva se kompading signala.

Trenutno se u VRM sistemima sa PCM koristi karakteristika kompadinga tipa A (slika 5.5).

Na ovoj slici, segmentirana karakteristika kompresije tipa A za pozitivne signale (za negativne signale, karakteristika je slična). Ukupan broj segmenata karakteristike Nc = 16, međutim, četiri centralna segmenta (po dva u pozitivnom i negativnom području) imaju isti korak kvantizacije i zapravo čine jedan segment, zbog čega je broj segmenata jednak do Nc = 13. Stoga se ova karakteristika naziva tip A = 87,16 / 13. U središnjem segmentu (N c = 1 ili 2) vrijednost ∆ 0 je minimalna (tj. jednaka ∆ 0) i odgovara jednoličnoj dvanaestocifrenoj skali (m = 12), au svakom sljedećem segmentu do ivicama karakteristike, korak kvantizacije se udvostručuje.

Reprezentacija PCM signala osmobitnim kombinacijama kodova koristi format "znak - apsolutna vrijednost", gdje jedan bit predstavlja polaritet PAM signala, a ostatak definiše njegovu apsolutnu vrijednost. Sedam cifara, koje predstavljaju apsolutnu vrijednost, podijeljeno je na identifikator broja segmenta C od tri cifre i determinantu koraka kvantizacije K od četiri cifre (slika 5.6).

Slika 5.6. 8-bitni PCM kombinovani format

Za implementaciju ovakvog enkodera potrebno je postaviti vrijednosti referentnih napona za donju granicu svakog segmenta i za kodiranje unutar segmenta (tabela 5.2).

Šeme i princip rada kodeka nelinearnog tipa težine su u osnovi isti kao i kodeka linearnog tipa. Razlika je u redoslijedu uključivanja referentnih napona u procesu kodiranja izvornog signala.

Tabela 5.2. Referentni naponi za nelinearni kodek

Broj segmenta N s	Referentni napon donje granice segmenta	Referentni naponi za kodiranje unutar segmenta

Dakle, maksimalni korak kvantizacije (u sedmom segmentu) je 64 puta veći od minimalnog koraka kvantizacije, a odnos signal-šum kvantizacije (za maksimalnu vrijednost sinusoidnog signala) može se odrediti izrazom (5.6) i biće: za drugi segment

P s - P sh q = 7,78 + 20log (A / ∆) = 7,78 + 20 log (32∆ 0 / ∆ 0) = 37,88 dB;

Za sedmi segment

R s - R sh q = 7,78 + 20 log (2048∆ 0 / 64∆ 0) = 37,88 dB.

Zavisnost odnosa signal-šum kvantizacije od nivoa ulaznog signala pri kompadiranju po zakonu A = 87,6/13 prikazana je na slici 5.7. Za signale unutar nultog i prvog segmenta, ujednačena kvantizacija se provodi sa korakom ∆ 0, stoga P s - P sh kv raste sa povećanjem p s. Prilikom prelaska na drugi segment, korak kvantizacije se udvostručuje, zbog čega P c - P sh q naglo opada za 6 dB, a zatim unutar ovog segmenta raste sa povećanjem p c, budući da se unutar segmenta vrši ravnomjerna kvantizacija. Nakon što signal uđe u ograničeno područje, omjer signala i šuma naglo se smanjuje zbog preopterećenja enkodera.

Slika 5.7. Ovisnost P s / R w q = f (p s)

Slika 5.8 prikazuje pojednostavljeni dijagram nelinearnog enkodera težine koji implementira direktno kodiranje PIM signala.

Kodiranje se vrši u osam taktnih intervala, u svakom od kojih se formira jedan od simbola kombinacije koda (slika 5.6). U prvom koraku se određuje predznak uzorka primljenog na ulaz enkodera. Ako je broj pozitivan, tada se u predznačkom bitu formira "1", a generator pozitivnog referentnog napona FE 1 je spojen na sklop za prebacivanje i sumiranje ATPE standarda, u suprotnom se formira "0" i FE 2 je spojen na krug. Tada se broj segmenta formira dijeljenjem njihovog broja na pola (slika 5.9).

U drugom ciklusu upravljačko logičko kolo OLC-a i FECS-a daju ulaz na ulaz uporednog kola referentnog signala U et = 128 ∆ 0 koji odgovara donjoj granici četvrtog (srednjeg) segmenta. Ako je amplituda očitanja U AIM ≥ U et = 128 ∆ 0, tada se donosi odluka da će amplituda očitanja pasti u jedan od četiri segmenta iznad i formira se sljedeći simbol X = 1, koji se dovodi kroz povratna sprega na ulaz OLC-a. U suprotnom, donosi se odluka da amplituda očitavanja padne u jedan od osnovnih segmenata i formira se X = 0.

U trećoj meri, u zavisnosti od vrednosti prethodnog znaka X, određuje se broj segmenta u koji pada amplituda kodiranog uzorka. Ako je X = 1, tada ULS i ATPE primjenjuju na SS ulaz referentni napon U et = 512 ∆ 0 koji odgovara donjoj granici šestog segmenta. U ovom slučaju, ako je U AIM ≥ U et = 512 ∆ 0, tada se donosi odluka da broj pada u jedan od dva prelijepa segmenta i formira se sljedeći simbol Y = 1. U suprotnom, ako je U AIM ≤ U fl = 512 ∆ 0, odluka da broj pada u dva donja segmenta i formira Y = 0.

Ako je X = 0, tada ULC uz pomoć PPSE osigurava napajanje referentnog napona U et = 32 ∆ 0 na SS ulaz, koji odgovara donjoj granici drugog segmenta. Ako je U AIM ≥ U fl = 32 ∆ 0, tada se donosi odluka da broj pada u drugi i treći segment i formira Y = 1. Ako je U AIM ≤ U fl = 32 ∆ 0, tada se odlučuje da count pada u dva donja segmenta i formira se Y = 0.

U četvrtom taktu, simbol Z se formira na isti način i konačno se formira broj segmenta. Kao rezultat toga, nakon četiri ciklusa kodiranja, formiraju se četiri simbola osmobitne kodne kombinacije PXYZ (slika 5.6) i jedan od osam referentnih napona se povezuje na SS, što odgovara donjoj granici segmenta u kojem je kodirani uzorak. se nalazi.

U preostala četiri takta sekvencijalno se formiraju ABCD simboli kombinacije kodova, čije vrijednosti zavise od broja koraka kvantizacije unutar segmenta, koji odgovara amplitudi kodiranog uzorka. Budući da se uniformna kvantizacija vrši unutar bilo kog segmenta, proces kodiranja se implementira, kao kod kodera linearnog tipa ponderiranja, sekvencijalnim uključivanjem referentnih napona koji odgovaraju ovom segmentu (tabela 5.2).

Praktični rad na upotrebi nelinearnog enkodera za kompadiranje po zakonu A = 87,6 / 13:

Na primjer, ako je na ulaz enkodera stigao pozitivan uzorak sa amplitudom U AIM = 889 ∆ 0, tada će se nakon prva četiri ciklusa takta formirati simboli PXYZ = 1110 i referentni napon U et = 512 ∆ 0 će biti povezan na SS, koji odgovara donjoj granici šestog segmenta, budući da je kodirani signal u ovom segmentu. U petom ciklusu takta, ovom referentnom signalu se dodaje maksimalni referentni napon U et = 256 ∆ 0, koji odgovara simbolu A u determinatoru koraka kvantizacije K (slika 5.6) šestog segmenta (tabela 5.2). Kako je U AIM> U et = (512 +256) ∆ 0, tada se formira simbol A = 1 i ovaj referentni napon ostaje uključen. U šestom ciklusu se povezuje referentni napon koji odgovara simbolu B u determinatoru koraka kvantizacije U et = 128 ∆ 0 i pošto je U AIM> U et = (512 +256 + 128) ∆ 0, onda je simbol B = 1 se formira na SS izlazu i to je referenca na kojoj napon ostaje. U sedmom ciklusu se priključuje referentni napon koji odgovara simbolu C u determinatoru koraka kvantizacije U et = 64 ∆ 0 i pošto je U AIM< U эт = (512 +256 + 128 + 64) ∆ 0 , то на выходе СС формируется символ С = 0. В восьмом такте вместо U эт = 64 ∆ 0 подключается эталонное напряжение соответствующее символу D в определителе шага квантования U эт = 32 ∆ 0 и так как U АИМ < U эт = (512 +256 + 128 + 32) ∆ 0 , то на выходе СС формируется символ D = 0 и это эталонное напряжение отключается и на этом процесс кодирования очередного отсчёта заканчивается. При этом на выходе кодера сформирована кодовая комбинация PXYZABCD = 11101100, соответствующая амплитуде уравновешивающего АИМ сигнала на входе СС U АИМ = 896 ∆ 0 . Разница между входным и уравновешивающим АИМ сигналами на входах СС представляет ошибку квантования δ кв = U АИМ – U АИМ = 7∆ 0 .

5.2. Digitalne hijerarhije

Prilikom odabira DSP hijerarhije treba uzeti u obzir sljedeće zahtjeve: treba odabrati standardizirane bit rate digitalnih tokova uzimajući u obzir mogućnost korištenja digitalnih i analognih prijenosnih sistema i električne karakteristike postojećih i budućih komunikacionih linija; pruža mogućnost sinhrone i asinhrone kombinacije, razdvajanja i tranzita digitalnih tokova i signala u digitalnom obliku. Dodatno, DSP višeg reda mora zadovoljiti zahtjev da brzina prijenosa u digitalnom signalu osnovnog pojasa bude nezavisna od vrste informacija koje se prenose i metode za generiranje ovog signala.

Ove zahteve ispunjava evropska hijerarhija DSP-a, koja se zasniva na primarnom DSP PCM-30 sa brzinom prenosa grupnog digitalnog signala od 2048 kbit/s (F t = 2048 kHz) (slika 5.10).

Slika 5.10. Evropska hijerarhija digitalnih prenosnih sistema

Relativno povećanje brzine prijenosa na svakom sljedećem nivou hijerarhije u odnosu na prethodni povezano je s potrebom povećanja količine servisnih informacija sa povećanjem broja kanala.

DSP hijerarhija sa PCM-om. Pojednostavljeni blok dijagram opreme PCM VRM prikazan je na slici 5.11, gdje je, radi jednostavnosti, prikazana pojedinačna oprema jednog kanala.

Slika 5.11. Pojednostavljeni blok dijagram opreme za kombinovanje (AO) i razdvajanje (AR) sa VRM sa PCM

Telefonska poruka od u do (t) se preko niskopropusnog filtera (LPF) diferencijalnog sistema (DS), koji ograničava spektar signala frekvencijom od 3,4 kHz, dovodi na ulaz AIM modulatora (M AIM). U modulatoru se kontinuirani signal uzorkuje, odnosno pretvara se u niz amplitudno moduliranih impulsa, koji imaju frekvenciju F d = 8 kHz.

Signali iz AIM-a svih kanala se kombinuju u grupni AIM signal (vidi sliku 5.1, c), koji se dovodi u kompresor (Km). Nakon kompresije, grupni PIM signal se kvantizira i kodira u enkoderu (CD). Sa CD izlaza, dvostepeni digitalni signal se dovodi u kombinator (UO), gdje se primaju impulsi od VCS predajnika (P) i od predajnika signala ciklične sinhronizacije (PCS). Tako se u UE formira grupni digitalni signal, čija je struktura ciklusa prikazana na slici 5.12.

Slika 5.12. Struktura ciklusa grupnog signala VDK sa PCM

Parametri binarnog digitalnog signala ne slažu se dobro sa parametrima stvarnih dalekovoda, koji ne prolaze niskofrekventne komponente spektra takvog signala. Zbog toga se binarni signal u kodnom pretvaraču (PCP) prekodira u takozvani linijski kod, u kojem su niskofrekventne komponente oslabljene i karakteristike se, kao rezultat, bolje kombinuju sa parametrima linije. Rad svih AO jedinica je sinhronizovan signalima koje generiše distributer kanala prenosa (RKp).

Na prijemnoj strani, PCM signal prolazi kroz inverznu transformaciju u AIM kvantizovani signal (dekodiranje). Za ovo, kontinuirani tok simbola mora biti podijeljen u grupe kodova, od kojih svaka odgovara jednom uzorku kvantiziranog signala. Dekodirani signal je sličan kvantiziranim uzorcima originalnog signala u kv (iT d) (vidi sliku 5.1, a), koji u svom spektru imaju komponente sa frekvencijama Ω n ... Ω u prenesenoj poruci od u do (t) . Prema tome, iz impulsne sekvence u * kv (iT d), primljena poruka u * k (t) se dodjeljuje pomoću niskopropusnog filtera.

Na prijemnoj strani, signal ide kroz kabl do prijemnog kodnog pretvarača (PKpr), gdje se linijski kod pretvara u binarni i ulazi u uređaj za razdvajanje (UR). Iz izlaza UR signal ciklične sinhronizacije i VCS odlaze do svojih prijemnika, a kodne grupe govornih signala u dekoderu (Dc) se pretvaraju u grupni AIM signal, koji se nakon ekspandera (Ek) se napajaju selektorima vremena (VS), koji se naizmenično otvaraju i propuštaju AIM impulse koji se odnose na ovaj kanal. Demodulacija signala u kanalu se vrši u niskopropusnom filteru.

Radom AR upravlja distributer prijemnog kanala (RKpr), čiju sinhronizaciju vrši taktna frekvencija ekstrahovana iz grupnog digitalnog signala pomoću uskopojasnog filtera koji se nalazi na izlazu PKpr i ciklusnom sinhronizacijom.

Razmotrimo metode sinhronizacije. Za koordiniran rad AO, AR i regeneratora potrebno je osigurati jednakost brzina obrade signala, ispravnu distribuciju AIM signala i VCS. Ovo se radi sinhronizacijom regeneratora, generatorske opreme AR-a prema taktnoj frekvenciji i prema ciklusima primljenog digitalnog signala.

Sa N g vremenskih slotova i m bitova u grupama kodova informacija, frekvencija sata grupnog digitalnog signala

F t = F d ∙ m ∙ N gr. (5.7)

Dakle, za sistem PCM-30, projektovan za N gr = 32 intervala kanala sa osmobitnom kodnom grupom, F t = 8 ∙ 8 ∙ 32 = 2048 kHz. Grupni digitalni signal u PCM (t) je nasumični niz binarnih impulsa (slika 5.1, c). Ovaj niz se može predstaviti kao zbir periodičnih i slučajnih nizova. Periodični niz impulsa ima diskretni spektar i pri τ i jednakim T i T / 2, diskretne komponente će imati frekvencije F = 0; F t i tako dalje (vidi sliku 5.13, gdje su ove komponente označene tačkama). Nasumični bipolarni niz definira kontinuirani spektar (slika 5.13) originalne binarne sekvence.

Slika 5.13. Energetski spektar nasumične sekvence binarnih impulsa (a, b) i signala sa PRF (c) (komponente diskretnog spektra su označene tačkama)

Iz slike 5.13 slijedi da maksimalna energija sata ima nasumični binarni niz sa τ i = T / 2. Oscilacije sa frekvencijom takta Ft su odvojene od takve sekvence uskopojasnim filterom i koriste se u regeneratoru za sinhronizaciju rada rešavača.

Sistem sinhronizacije okvira određuje početak ciklusa prenosa i osigurava distribuciju analognih signala dekodiranih na kraju prijema u skladu sa AO duž njegovih kanala. Neprecizan rad sinhronizacije okvira dovodi do povećanja vjerovatnoće grešaka u kanalima saobraćaja. Da bi se povećala otpornost na buku, grupa simbola konstantne strukture sa stopom ponavljanja od 4 kHz koristi se kao ciklični takt signal (slika 5.12), odnosno DS se prenose kroz ciklus prijenosa.

Razmislite o kombinaciji DSP-a zasnovanog na asinhronom ulazu digitalnih signala. Potreba za kombinovanjem digitalnih tokova javlja se pri formiranju grupnog digitalnog signala od digitalnih tokova sistema nižeg reda, od različitih signala koji se prenose u digitalnom obliku, kao i pri unosu diskretnih signala iz različitih izvora informacija u grupni digitalni signal (slika 5.14). Digitalni tokovi se formiraju u DSP-u, čiji glavni oscilatori mogu biti sinhronizovani ili nesinhronizovani sa glavnim oscilatorom opreme za spajanje. U skladu s tim, izvodi se sinhrona ili asinhrona kombinacija digitalnih tokova.

Slika 5.14. Pojednostavljeni blok dijagram (a) karakter po znak (b) i kanal po kanal (c) koji kombinuje digitalne tokove

Za privremeno kombinovanje asinkronih digitalnih tokova, potrebno je prethodno uskladiti njihove brzine, odnosno "vezati" ih za jednu referentnu frekvenciju. Prilikom prijema, ukupni signal se distribuira na odgovarajuće izlaze. Bitovi iz četiri toka informacija koji pristižu na ulaz sistema za prenos se upisuju u memorijske ćelije uređaja za skladištenje (SD), a zatim se čitaju iz njih i šalju na liniju. Ako bi se sadržaj memorijskih ćelija čitao brže, formirao se "prazan" vremenski interval za ubacivanje sinhronizacijskih impulsa. Stroga periodičnost sinhronizacionog signala jedno je od najvažnijih svojstava za njegovo prepoznavanje.

Ako se generator pokaže da je nestabilan, tada će se pojaviti vremenski pomak "praznih" intervala i narušit će se stroga periodičnost njihovog ponavljanja. Može doći do kvara u radu sistema za sinhronizaciju i cjelokupne opreme u cjelini. Da bi se to izbjeglo, koristi se postupak izjednačavanja brzine ili, kako se često naziva, uparivanje brzine.

Poseban kontroler prati relativni položaj impulsa upisivanja i čitanja, a ako su pulsevi čitanja počeli da slijede brže (razmak između susjednih parova ovih impulsa se smanjuje), tada kontroler signalizira da se "prazan" interval pojavio prije vremena. Drugi uređaj ubacuje lažni impuls u prazan slot, koji ne nosi nikakvu informaciju. U ovom slučaju radi se o pozitivnom usklađivanju brzine.

Gore navedeni postupak za pregovaranje o cijenama naziva se osoblje (od engleskog "staffing" - umetnuti). Prijemnoj stanici se šalje komanda da su brzine usklađene kako bi se eliminisao lažni impuls. Radi pouzdanosti, komanda za usklađivanje brzine se duplicira mnogo puta, na primjer, šalje se tri puta.

Ako generator generira impulse čitanja rjeđe i "prazan" interval bi se već trebao pojaviti u digitalnom toku, a impulsi takta još nisu pročitali prethodni informacijski puls iz memorije, tada ćete morati isključiti dodatni bit iz digitalnog stream i osigurati vremenski interval za prijenos sljedećeg sinhronizacijskog impulsa. Ovaj sporazum se naziva negativnim.

Stoga je potrebno obavijestiti prijemnu stanicu koji je dogovor postignut: pozitivan ili negativan. U tu svrhu unesite naredbu "Tip podudaranja", šaljući na drugi servisni kanal 1 za pozitivan dogovor i 0 za negativan. Takođe se ponavlja tri puta. Tako se informacija o povlačenju ili dodavanju impulsa prenosi na posebno odabrane pozicije impulsa, a na osnovu te informacije, na prijemnoj strani, prilikom razdvajanja digitalnih tokova, vraćaju se njihove brzine (slika 5.14). Kombinacija tokova sa izjednačavanjem brzina naziva se plesiohronom, odnosno gotovo sinkronom, a postojeća hijerarhija brzina prenosa digitalnih tokova, pa samim tim i sistema prenosa kao što je PCM, naziva se plesiohronom digitalnom hijerarhijom (na engleskom PDH - Plesiohronous Digital Hierarhy).

Asinhronom metodom kombinovanja u blokovima digitalnog interfejsa BCS per (slika 5.14), brzina digitalnih tokova kombinovanih sistema dovodi se u skladu sa njihovim odnosom sa frekvencijom takta kombinovanog toka i potrebnim vremenskim pozicijama signala postavljeni su kombinovani tokovi (KTsP - digitalni stream kolektor, RCP - digitalni stream distributer). Za sinhronizaciju putanje prijenosa i prijema preko grupnog digitalnog toka, on je podijeljen u cikluse, na čijem početku se uvodi signal sinhronizacije (slika 5.14, b i c). Kombinacijom digitalnih tokova kanal po kanal, intervali dodijeljeni kodnim grupama se sužavaju i distribuiraju u vremenu (slika 5.14, c).

Ove hijerarhije, poznate pod zajedničkim nazivom PDH, ili PDH, sažete su u tabeli 5.3.

Tabela 5.3 – Poređenje hijerarhija

Digitalni nivo hijerarhije	Brzine zupčanika odgovaraju razne šeme digitalne hijerarhije
	AC: 1544 kbps	LAN: 1544 Kbps	EC: 2048 kbps

Gdje: AC - američka shema;

YAS - japanska shema;

EU je evropska šema.

Ali PDH je imao niz nedostataka, a to su:

• otežan unos/izlaz digitalnih tokova na međutačkama;
• nedostatak alata za automatsku kontrolu i upravljanje mrežom;
• višestepeni oporavak sinkronizma zahtijeva prilično dugo vremena;

Ovi nedostaci PDH, kao i niz drugih faktora, doveli su do razvoja u Evropi slične sinhrone digitalne hijerarhije SDH.

Sinhrona digitalna hijerarhija.

Nova SDH digitalna hijerarhija je način multipleksiranja različitih digitalnih podataka u jedan blok tzv sinhroni transportni modul (STM), u svrhu prijenosa ovog modula preko komunikacijske linije. Pojednostavljena STM struktura je prikazana na slici 5.15:

Slika 5.15 - Struktura modula za sinhroni transport STM-1

Modul je okvir (frame) 9 ∙ 270 = 2430 bajtova. Pored prenete informacije (koja se u literaturi nazivaju korisnim opterećenjem), ona u 4. redu sadrži pokazivač (Pointer, PTR) koji određuje početak snimanja korisnog opterećenja.

Da bi se definirala ruta transportnog modula, na lijevoj strani okvira je napisan Section Over Head (SOH). Donjih 5 ∙ 9 = 45 bajtova (posle pokazivača) su odgovorni za isporuku informacija do tog mjesta u mreži, do multipleksora gdje će se ovaj transportni modul ponovo formirati. Ovaj dio zaglavlja naziva se Multiplexer Sectional Header (MSOH). Gornjih 3 ∙ 9 = 27 bajtova (ispred pokazivača) predstavljaju zaglavlje sekcije regeneratora (RSOH), gdje će se tok "oštećen" interferencijom obnoviti i greške ispraviti.

Jedan ciklus prijenosa uključuje čitanje takve pravokutne tablice na liniji. Redoslijed bajtova je slijeva nadesno, odozgo prema dolje (isto kao kada čitate tekst na stranici). Vrijeme ciklusa prijenosa STM-1 je 125 μs, tj. ponavlja se na frekvenciji od 8 kHz. Svaka ćelija odgovara brzini prenosa od 8 bita ∙ 8 kHz = 64 kbps. To znači da ako potrošimo 125 μs na prijenos svakog pravougaonog okvira do linije, tada će na liniju u sekundi biti preneseno 9 ∙ 270 ∙ 64 Kbit/s = 155,520 Kbit/s, tj. 155 Mbps.

Tabela 5.4 – Sinhrona digitalna hijerarhija

Nivo hijerarhije	Sinhroni tip transportni modul	Brzina prijenosa, Mbps

Za kreiranje snažnijih digitalnih tokova u SDH sistemima formirana je sljedeća hijerarhija brzina (Tabela 5.4): 4 STM-1 modula se kombinuju multipleksiranjem bajtova u STM-4 modul, koji se prenosi brzinom od 622,080 Mbit/s; zatim se 4 STM-4 modula kombinuju u STM-16 modul sa brzinom prenosa od 2488,320 Mbps; konačno, 4 STM-16 modula se mogu kombinovati u STM-64 modul velike brzine (9953,280 Mbps).

Slika 5.17 prikazuje formiranje STM-16 modula. Prvo, svaka 4 STM-1 modula se kombinuju u STM-4 modul pomoću multipleksora sa četiri ulaza, zatim se četiri STM-4 modula multipleksiraju istim multiplekserom sa četiri ulaza u STM-16 modul. Međutim, postoji multiplekser sa 16 ulaza sa kojim možete istovremeno kombinovati 16 STM-1 modula u jedan STM-16 modul.

Slika 5.16 - Formiranje modula za sinhroni transport STM-16

Formiranje STM-1 modula. SDH mreža koristi principe transporta kontejnera. Signali koji se transportuju su prethodno postavljeni u standardne kontejnere (kontejner - C). Sve operacije sa kontejnerima se izvode bez obzira na njihov sadržaj, što čini SDH mrežu transparentnom, tj. sposobnost transporta različitih signala, posebno PDH signala.

Najbliži po brzini prvom nivou SDH hijerarhije (155,520 Mbit/s) je digitalni tok brzine 139,264 Mbit/s, formiran na izlazu opreme plesiohrone digitalne hijerarhije PCM-1920. Najlakše ga je postaviti u STM-1 modul. Za to se dolazni digitalni signal prvo "pakuje" u kontejner (tj. postavlja se na određene pozicije u svom ciklusu), koji je označen kao C-4.

Okvir C-4 kontejnera sadrži 9 redova i 260 jednobajtnih kolona. Dodavanjem još jedne kolone lijevo - zaglavlja rutiranja ili trakta (Path Over Head - RON) - ovaj kontejner se pretvara u virtualni VC-4 kontejner.

Konačno, za postavljanje VC-4 virtuelnog kontejnera u STM-1 modul, on je opremljen pokazivačem (PTR), čime se formira AU-4 (Administrativna jedinica), a potonji se postavlja direktno u STM-1 modul zajedno sa zaglavljem sekcije SOH (slika 5.17 i slika 5.18).

Modul za sinhroni transport STM-1 se takođe može puniti pleziohronim tokovima pri brzinama od 2,048 Mbps. Takve tokove generira oprema PCM-30, rasprostranjeni su u modernim mrežama. Za početno "pakovanje" koristi se kontejner C12. Digitalni signal se postavlja na određene pozicije u ovom kontejneru. Dodavanjem zaglavlja za rutiranje ili transport (RON), formira se virtuelni kontejner VC-12. Virtualni kontejneri se formiraju i raspuštaju na krajnjim tačkama staza.

Slika 5.17. Postavljanje kontejnera u modul STM-1

STM-1 modul može da primi 63 VC-12 virtuelna kontejnera. Procedura je sljedeća. Virtuelni kontejner VC-12 je označen (PTR) i tako formira Tributarnu jedinicu (TU-12). Sada se digitalni tokovi različitih transportnih blokova mogu kombinovati u digitalni tok od 155,520 Mbps (slika 5.18). Prvo se tri transportne jedinice TU-12 multipleksiraju u grupu pritočnih jedinica (TUG-2), zatim sedam grupa TUG-2 se multipleksiraju u grupe transportnih jedinica TUG-3, a tri grupe TUG-3 se kombinuju i stavljaju u virtuelni kontejner VC-4. Dalje, put transformacija je poznat.

Na slici 5.18 prikazan je i način postavljanja u STM-N, N = 1,4,16 različitih digitalnih tokova sa opreme za plesiohronu digitalnu hijerarhiju. Locirani su pleziohroni digitalni tokovi svih nivoa
u kontejnerima C postupkom izjednačavanja brzine (pozitivno, negativno i dvosmjerno).

Prisustvo velikog broja pokazivača (PTR) dozvoljava apsolutno
jasno identificirati lokaciju u STM-N modulu bilo kojeg digitalnog
protok sa brzinama od 2,048; 34.368 i 139.264 Mbps. Komercijalno dostupni I/O multiplekseri (Add/Drop Multiplexer -
ADM) omogućavaju vam da se račvate i dodate bilo koje digitalne streamove.

Slika 5.18. Unos plesiohronih digitalnih tokova u STM-N sinhroni transportni modul

Važna karakteristika SDH opreme je da se, pored informacija o rutiranju, stvara mnogo informacija u putanji i mrežnim zaglavljima, što omogućava praćenje i kontrolu cijele mreže u cjelini, daljinsko prebacivanje u multiplekserima na zahtjev korisnika. , praćenje i dijagnostiku, blagovremeno otkrivanje i otklanjanje kvarova, radi efikasnog rada mreže i održavanja visokog kvaliteta pruženih usluga.

PDH i SDH hijerarhije komuniciraju kroz procedure za multipleksiranje i demultipleksiranje PDH tokova u SDH sisteme.

Glavna razlika između SDH sistema i PDH sistema je prelazak na novi princip multipleksiranja. SDH sistem vrši sinhrono multipleksiranje/demultipleksiranje, što omogućava direktan pristup PDH kanalima koji se prenose u SDH mreži. Ova prilično važna i jednostavna inovacija u tehnologiji dovela je do toga da je, općenito gledano, tehnologija multipleksiranja u SDH mreži mnogo složenija od tehnologije u PDH mreži, zahtjevima za sinhronizacijom i parametrima kvalitete prijenosnog medija i prijenosa. sistema se povećao, a broj parametara bitnih za rad mreže.

Kontrolna pitanja:

1. Šta je digitalni signal?
2. Navedite glavne prednosti digitalne komunikacije u odnosu na analognu?
3. Šta je koncept brzine prenosa?
4. Na kojoj frekvenciji treba uzorkovati analogni signal?
5. Objasnite suštinu kvantizacije?
6. Kako odrediti grešku kvantizacije signala?
7. Zapišite broj 859 u binarnom zapisu.
8. Šifrirajte pozitivno očitavanje od 358 mA u simetričnom 8-cifrenom kodu. Šta je greška kvantizacije?
9. Šta je koncept plesiohrone digitalne hijerarhije?
10. Zašto je potrebno koordinirati brzine prijenosa različitih tokova kada se kombiniraju u tok velike brzine? Kako se vrši pomirenje?
11. Princip sinhrone digitalne hijerarhije, njegove prednosti u odnosu na plesiohronu digitalnu hijerarhiju?
12. Čemu služi pokazivač (PTR)?
13. Opišite strukturu sinkronog transportnog modula.
14. Kao iu STM-N, postoje tri toka sa brzinom od 34,368 Mbit/s iz opreme plesiohrone digitalne hijerarhije PCM-480.

Signal (od latinskog signum-znak)- znak, fizički proces (ili pojava) koji nosi informacije o događaju, stanju objekta posmatranja, ili prenosi kontrolne komande, uputstva, obaveštenja.

Signal je materijalni nosilac informacija koji se prenosi od izvora do potrošača.

Signal je fizički proces koji varira u vremenu. Takav proces može sadržavati različite karakteristike. Kada signal stupi u interakciju sa fizičkim tijelima, dolazi do određenih promjena u svojstvima ovih tijela, koje se mogu registrovati. Stoga ćemo pretpostaviti da su podaci registrovani signali. Karakteristika koja se koristi za predstavljanje podataka naziva se parametar signala. Ako parametar signala uzima niz uzastopnih vrijednosti i njihov konačan broj, signal se poziva diskretno. Ako je parametar signala kontinuirana funkcija, tada se signal naziva kontinuiranim.

Kvantizacija signala- transformacija signala u niz impulsa (kvantizacija signala u vremenu) ili u signal sa stepenastom promjenom amplitude (kvantizacija signala po nivou), kao i istovremeno u vremenu i nivou. Koristi se prilikom pretvaranja kontinuirane vrijednosti u kod u računarskim uređajima, digitalnim mjernim uređajima itd.

Podaci, naravno, nose informaciju, ali im nisu identični. Da bi podaci postali informacija, potrebno je imati metode za pretvaranje jedne veličine u drugu. Podaci su dijalektička komponenta informacije. Prema načinu registracije, podaci se mogu pohranjivati ​​i prenositi na različitim vrstama medija.

Najčešći medij za pohranu u današnje vrijeme je papir. Na papiru se podaci bilježe promjenom optičkih karakteristika njegove površine. Istovremeno, promjena koeficijenta refleksije površine u određenom rasponu valnih dužina koristi se u uređajima koji snimaju laserskim snopom na reflektirajuće plastične medije (CD-ROM). Magnetne trake i magnetni diskovi, koji su glavni medij za pohranu podataka u modernim računarima, koriste promjene u magnetskim svojstvima tijela. Svojstva informacija koje prima korisnik usko su povezana sa svojstvima nosilaca podataka od kojih će se te informacije dobiti. Bilo koji nosilac se može okarakterizirati parametrom rezoluciju, tj. količinu podataka evidentiranih u mjernoj jedinici prihvaćenoj na nosaču, i dinamički raspon- logaritamski odnos intenziteta amplituda maksimalnog i minimalnog snimljenog signala. Takva svojstva informacija kao što su potpunost, dostupnost i pouzdanost zavise od ovih svojstava medija. Zadatak transformacije podataka kako bi se promijenio medij jedan je od najvažnijih zadataka informatike. U troškovima računarskih sistema, uređaji za unos i izlaz podataka, koji rade sa medijima za skladištenje, čine najmanje polovinu troškova hardvera.

Utvrđujući dijalektičko jedinstvo podataka i metoda u informacionom procesu, definisani su sledeći koncepti.

Dinamička priroda informacija. Podaci su statične prirode. Informacije se dinamički mijenjaju i postoje samo u vrijeme interakcije između podataka i metoda. Dakle, informacija postoji samo u trenutku informacionog procesa. Ostatak vremena sadržan je u obliku podataka.

Zahtjevi za adekvatnost metoda. Isti podaci mogu dati različite informacije u vrijeme potrošnje, ovisno o stepenu adekvatnosti metoda koje s njima djeluju. Korištenje adekvatnijih metoda pružit će potpunije informacije.

Dijalektička priroda interakcije podataka i metoda. Podaci su objektivni, rezultat su registracije objektivno postojećih signala uzrokovanih promjenama materijalnih polja ili tijela. Istovremeno, metode su subjektivne. Veštačke metode se zasnivaju na algoritmu, tj. uređeni niz naredbi koje je sastavio i pripremio čovjek (subjekt). Prirodne metode se zasnivaju na biološkim svojstvima subjekata informacionog procesa.

Dakle, informacija nastaje i postoji u trenutku dijalektičke interakcije objektivnih podataka i subjektivnih metoda.

Za automatizaciju rada sa podacima koji pripadaju različitim vrstama i koji nose različite informacije, veoma je važno ujednačiti formu njihovog prikaza. Za to se obično koristi tehnika kodiranja.

Kodiranje je izraz podataka jednog tipa kroz podatke drugog tipa.

Prirodni ljudski jezici nisu ništa drugo nego sistemi kodiranja koncepta za izražavanje misli kroz govor.

U računarstvu se rad obavlja sa numeričkim informacijama. Ostale informacije su tekstovi, zvukovi, slike itd. za obradu u računarskom okruženju, mora se konvertovati u numerički oblik. U tom slučaju, svi brojevi u memoriji računala se snimaju korištenjem takozvanog binarnog kodiranja. Binarno kodiranje se zasniva na predstavljanju podataka kao niza od samo dva znaka, 0 i 1. Ovi znakovi se nazivaju binarne cifre, na engleskom binarna cifra ili skraćeni (bitni) bit.

Sistem binarnog kodiranja nije slučajno izabran. Tehnički je lako implementirati. Elektronska kola za obradu binarnih kodova moraju biti u jednom od dva stanja "uključeno/isključeno" ili "visok/nizak" napon itd. Lako je prebaciti kolo iz jednog stanja u drugo.

Bit- minimalna jedinica informacija u računarstvu. Jedna binarna znamenka.

Grupa od osam bitova naziva se bajt i predstavlja osnovu za upisivanje informacija u memoriju računara.

• 1024 bajta = 1 kilobajt (KB)
• 1.024 kilobajta = 1 megabajt (MB)
• 1.024 megabajta = 1 gigabajt (GB)

Za ispravno razumevanje kako se informacije pojavljuju u memoriji računara, razmotrimo različite sisteme brojeva koje koriste moderna računarska sredstva.

Notacija je skup pravila za imenovanje i prikazivanje brojeva pomoću skupa znakova.

Sistemi brojeva su pozicione i nepozicione.

Nepozicioni sistem brojeva je sistem u kojem se poredak cifara u broju određuje prema utvrđenom pravilu. Na primjer, nepozicioni brojevni sistem je "rimski" sistem.

Pozicioni sistem brojeva, sistem se naziva - gdje je redoslijed cifre u broju određen nizom stepena broja, koji je osnova datog brojevnog sistema.

Općenito, cijeli broj u pozicijskom brojevnom sistemu može se predstaviti izrazom:

N (m) = k0 * m0 + k1 * m1 + ... kn-1 * mn-1, gdje je

N (m) - broj u m-tom brojevnom sistemu;

m - kapacitet sistema (binarni, oktalni, decimalni, heksadecimalni sistemi m = 2; m = 8; m = 10, m = 16);

n je broj cifara u broju;

k je cifra unutar broja.

Razmotrite kako se brojevi zapisuju u pozicionim brojevnim sistemima koje koristi savremena računarska tehnologija.

Decimalni brojevni sistem.

Osnova decimalnog sistema je niz stepena od 10. Kapacitet sistema je m = 10. U decimalnom sistemu ima 10 cifara (od 0 do 9). Uzmimo, na primjer, decimalni broj 1957. Broj, sastoji se od četiri cifre - četverocifreni, tj. n = 4. Koristeći gornju formulu, dobijamo broj u decimalnom zapisu.

N (10) = 7 * 100 + 5 * 101 + 9 * 102 + 1 * 103 = 1957

Binarni sistem brojeva.

Osnova binarnog sistema je niz stepena broja 2. Kapacitet sistema je m = 2. U binarnom sistemu postoje 2 cifre (0 i 1). Uzmimo, na primjer, binarni broj 100011B (B-identifikator binarnog brojevnog sistema). Broj, sastoji se od šest cifara - šestocifreni, tj. n = 6. Koristeći gornju formulu, dobijamo decimalni broj.

N (2) = 1 * 20 + 1 * 21 + 0 * 22 + 0 * 23 + 0 * 24 + 1 * 25 = 35, tj. binarni broj 100011B = decimalni broj 35.

Imajte na umu da se isti brojevi mogu koristiti za pisanje brojeva u pozicionim brojevnim sistemima. Dakle, cifre 0 i 1 se koriste i u decimalnim i u binarnim sistemima. Stoga je u zapisu brojeva u nedekadskom brojevnom sistemu uobičajeno koristiti slova koja su identifikatori brojevnih sistema i omogućavaju vam da razlikujete brojeve jednog brojevnog sistema od drugog.

Oktalni sistem brojeva

Osnova oktalnog sistema je niz stepena od 8. Kapacitet sistema je m = 8. U oktalnom sistemu postoji 8 cifara (od 0 do 7). Uzmimo, na primjer, oktalni broj 573Q (Q-identifikator oktalnog brojevnog sistema). Broj, sastoji se od tri cifre - trocifrene, tj. n = 3. Koristeći gornju formulu, dobijamo decimalni broj.

N (8) = 3 * 80 + 7 * 81 + 5 * 82 = 379, tj. oktalni broj 573Q = decimalni broj 379.

Heksadecimalni sistem brojeva.

Osnova heksadecimalnog sistema je niz stepeni broja 16. Kapacitet sistema je m = 16. U heksadecimalnom sistemu ima 16 cifara (od 0 do F), prvih deset cifara od 0 do 9 se poklapaju sa ciframa decimalnog sistema, a zatim slijede cifre: A - cifra deset ; B - broj jedanaest; C - broj dvanaest; D - broj trinaest; E - broj četrnaest; F je broj petnaest. Uzmimo, na primjer, heksadecimalni broj 1A7H (H-identifikator heksadecimalnog brojevnog sistema). Broj, sastoji se od tri cifre - trocifrene, tj. n = 3. Koristeći gornju formulu, dobijamo decimalni broj.

N (16) = 7 * 160 + 10 * 161 + 1 * 162 = 423, tj. heksadecimalno 1A7H = decimalno 423.

Svaki put, računajući broj N (m) prema gornjoj formuli, dobijamo broj u decimalnom sistemu. Tako smo brojeve iz 2., 8. i 16. sistema konvertovali u decimalni brojevni sistem.

Za prijenos govornog signala putem digitalnog komunikacijskog kanala potrebna je analogno-digitalna konverzija (ADC) koja se sastoji od 3 faze: uzorkovanje, kvantizacija i kodiranje. Uzorkovanje je postupak uzimanja pojedinačnih vrijednosti signala u pravilnim intervalima.

U ovom slučaju, što se više nivoa koristi, to će točnije biti moguće vratiti signal u prvobitni oblik na prijemnoj strani.

Većina signala se inicijalno generira u analognom obliku. Oni se zatim pretvaraju u digitalne signale pomoću analogno-digitalnih pretvarača (ADC). Nakon toga, oni se ponovo pretvaraju u analogne signale pomoću digitalno-analognih pretvarača (DAC). Ovi pretvarači su sastavni dio svakog digitalnog sistema:
Analogni signal - Uzorak - Kvantizacija - Kodiranje - Digitalni signal
Uzorak
U analognom signalu, amplituda napona se kontinuirano mijenja tokom vremena. Tokom uzorkovanja, amplituda se očitava u pravilnim intervalima. Ova stopa uzorkovanja, ili brzina uzorkovanja, određuje dužinu vremena ili koliko često se čita. Ako je brzina uzorkovanja previsoka, tačnost konverzije je veća, ali potrebna širina pojasa značajno povećava troškove dizajna i komponenti. Ako je brzina uzorkovanja preniska, krajnji rezultat možda neće točno odgovarati analognom signalu.
Kvantizacija
Kvantizacija je proces digitalizacije svih uzoraka. Sample Width - Promjene u analognom signalu između dva uzorka. Prosječna vrijednost se obično uzima da predstavlja numeričku vrijednost širine uzorka. Veličina uzorka određuje nivo kvantizacije koji se koristi za kvantizaciju uzorka. Korišćenje 8 bita obezbeđuje 256 nivoa kvantizacije, dok 12 bita obezbeđuje 4096 nivoa. Preciznost uzorkovanja je bolja ako se koristi više bitova, ali se povećava broj bitova za prijenos, što zahtijeva širi propusni opseg. Iz tog razloga, većina digitalnih sistema koristi 8 bita za kvantizaciju uzoraka.
Kodiranje
Kodiranje je posljednji korak u procesu A/D konverzije. Tokom procesa kodiranja, binarna vrijednost se generiše za svaki uzorak. Osim toga, kodiranje uključuje: bitove koji govore drugoj opremi kako da interpretira podatke, informacije o kraju sinhronizacijskog impulsa, informacije o početku okvira, bitove zaštite od grešaka za smanjenje grešaka u prijenosu i skladištenju informacija.
Zaštita od greške
Zaštita od greške se vrši dodavanjem dodatnih bitova tokom kodiranja. Na prijemnoj strani se prepoznaje - ako se ovaj bit promijenio, onda sistem razumije da je došlo do greške.
Greška:
Postoji nekoliko izvora ADC greške. Greške kvantizacije i (pod pretpostavkom da ADC treba da bude linearan) nelinearnosti su inherentne svakoj A/D konverziji. Osim toga, postoje takozvane greške otvora blende koje su posljedica podrhtavanja generatora takta, a pojavljuju se kada se signal konvertuje kao cjelina (a ne samo jedan uzorak).
Ove greške se mjere u jedinicama koje se zovu LSB – bit najmanjeg značaja. U gornjem primjeru 8-bitnog ADC-a, greška u 1 LSB je 1/256 punog opsega signala, odnosno 0,4%.

Prilikom korišćenja računara za obradu informacija sa različitih uređaja (objekata, procesa), u kojima su informacije predstavljene kontinuiranim (analognim) signalima, potrebno je analogni signal pretvoriti u digitalni - u broj proporcionalan amplitudi ovog signala, i obrnuto. Općenito, postupak analogno-digitalne konverzije sastoji se od tri faze:

diskretizacija;

kvantizacija nivoa;

kodiranje.

Ispod uzorkovanje razumjeti transformaciju funkcije kontinuiranog vremena u funkciju diskretnog vremena, a sam proces uzorkovanja se sastoji u zamjeni kontinuirane funkcije njenim pojedinačnim vrijednostima u fiksnim vremenima.

Uzorkovanje može biti ujednačeno i neujednačeno. Kod neujednačenog uzorkovanja, trajanje intervala između uzoraka je različito. Najčešće se koristi uniformno uzorkovanje, u kojem je trajanje intervala između uzoraka T D, je konstantna. Period uzorkovanja T D kontinuirani signal i (t)(Slika 1 a) se bira u skladu sa Kotelnikovom teoremom:

gdje F in- najviša frekvencija u spektru frekvencija signala i (t)(sl. 1 b)

Rice. 1. Al-to-digital proces konverzije

Ispod kvantizacija razumjeti transformaciju neke veličine s kontinuiranom skalom vrijednosti u veličinu koja ima diskretnu skalu vrijednosti.

Za to, cijeli raspon vrijednosti signala i (t), tzv. skala je podijeljena na jednake dijelove - kvante, h - korak kvantizacije. Proces kvantizacije se svodi na zamjenu bilo koje trenutne vrijednosti jednom od konačnog skupa dozvoljenih vrijednosti, tzv. nivoi kvantizacije.

Tip signala i (t) kao rezultat zajedničkog izvođenja operacija uzorkovanja i kvantizacije prikazan je na Sl. 1 c). Vrijednost uzorkovanog signala i (t), koji se nalazi između dva nivoa kvantizacije identifikuje se sa najbližim nivoom kvantizacije. To dovodi do grešaka kvantizacije, koje su uvijek manje od koraka kvantizacije (kvantnog), odnosno, što je korak kvantizacije manji, to je manja greška kvantovanja, ali više nivoa kvantizacije.

Broj nivoa kvantizacije na Sl. 1 c) jednako je osam. Obično ih je mnogo više. Nivoi se mogu numerisati i izraziti binarno. Za osam nivoa, tri bita su dovoljna. Svaka diskretna vrijednost signala je u ovom slučaju predstavljena binarnim kodom (Tabela 1) u obliku niza signala dva nivoa.

Tabela 6.1

Prisutnost ili odsustvo impulsa na određenom mjestu tumači se jednim ili nulom u odgovarajućem bitu binarnog broja. Digitalni oblik predstavljanja signala i (t) prikazano na sl. 1 d). Impulsi visokog reda nalaze se krajnje desno.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, kao rezultat uzorkovanja, kvantizacije i kodiranja analognog signala, dobijamo sekvencu n-bitne kombinacije kodova koje slijede s periodom uzorkovanja T l. Istovremeno, racionalno izvođenje operacija uzorkovanja i kvantizacije dovodi do značajnog ekonomskog efekta kako smanjenjem troškova skladištenja i obrade primljenih informacija, tako i smanjenjem vremena za obradu informacija.

U praksi se pretvaranje analognog signala u digitalni oblik vrši pomoću analogno-digitalnog pretvarača (ADC). Za rješavanje inverznog problema pretvaranja broja u proporcionalnu analognu vrijednost, predstavljenu u obliku električnog napona, struje itd., koristi se digitalno-analogni pretvarač (DAC). U DAC-u, svaka kombinacija binarnog koda se pretvara u analogni signal, a izlaz stvara niz amplitudno moduliranih impulsa s periodom T l.