Кодирование цифровых данных в ИКМ системах. Практические методы формирования цифровой последовательности

Рассмотрим простой пример дискретизации в системе ИКМ с n-канальным мультиплексированием,внутриканальной синхронизацией (осуществляемой путем вставки синхрогруппы из kбит после mфреймов) и симметричного линейного квантования с числом уровней l. Для примера вы­берем n=4, k=4, m=2, l=8. Условимся, что мгновенное значение сигнала изменяется в интервале (-4,+4).

Пример иллюстрируется рис.

 

Рис. Практический пример мультиплексирования в ИКМ системе

 

Для компактности все процессы дискретизации, квантования, кодификации, мультиплек­сирования и синхронизации (выравнивания) показаны на одном рисунке.

ИКМ система последовательно выполняет следующие стандартные функции:

- дискретизации сигнала в каждом из четырех каналов (k1 k4) с частотой в последовательные нормированные моменты времени 0 (k1), 1 (k2), 2 (kЗ), 3 (k4), 4 (k1) и т. д. При отсутствии выравнивания выборки берутся периодически с пе­риодом дискретизации 4 единицы, например, для k1 - в моменты: 0, 4, 8, 12, ..., для k2: 1, 5, 9, 13,... и т. д., что соответствует фрейму, состоящему из 4 тайм-слотов;

- квантования выборок сигнала каждого канала, т.е. отображение непрерывного множества значений амплитуд выборок aиз интервала (-4,+4) на дискретное множество из 8 уровней квантования либо 0, 1, …, 7 - одностороннее (несимметричное) отображение (однополярный сигнал), либо, например, -3, -2, …, +4 - двустороннее (симметричное с точностью до уровня) отображение (двухполярный сигнал);

- двоичного кодирования или кодификации квантованных значений.

При схеме кодирования: знак-номер уровня и 8 уровнях квантования достаточно 4 бита на выборку: 1 знаковый бит и 3 бита на формирование двоичного номера уровня (2³ = 8). Используем про­стой алгоритм отображения множеств или алгоритм кодификации: если , тодля всех Следовательно, если = 3.55, а значит , то = 4, а если = -0.78, а значит , то = 0. В результате требований симметричности квантования, получаем поток бит, показанный на рис., где ;

- мультиплексирования каналов по схеме: объединение 4 каналов на входе в один канал на выходе - 4:1 - т.е. с чередованием выборок отдельных каналов для создания потока бит выходного канала. Без учета синхронизации процесс мультиплексирования создает регулярный поток фреймов, состоящих из четырех выборок. Его регулярность нарушается необходимостью синхронизации (выравнивания), которая при внутриканальной синхронизации сводится к вставке синхрогруппы после тфреймов - этот процесс называется синхронизацией (выравниванием) фрейма. Для выравнивания по нашей схеме необходимо сформировать мультифрейм - структуру, состоящую из двух фреймов, что еще больше осложняет процесс мультиплексирования; - синхронизации фрейма (а точнее мультифрейма) - эта функция осуществляется путем формирования и вставки легко идентифицируемой синхрогруппы "1111" (не используемой в процессе кодификации) после двух регулярных фреймов, для чего выделяется один дополнительный тайм-слот. В результате на приемной стороне происходит синхронизация приемника с передат­чиком, а повторяющаяся структура - результирующий мультифрейм - принимает вид: 8 вы­борок + синхрогруппа = 9 тайм-слотов. Можно ввести также понятие результирующий фрейм - формальный параметр, равный 9/2=4,5, показывающий, что период повторения регулярного фрейма изменился с 4 до 4,5 тайм-слотов.

Из этого ясно, что мультиплексирование осуществляется "регулярно в среднем" с перио­дом повторения 4,5 слота, формируя за цикл один результирующий фрейм. Физически же информационные выборки формируются нерегулярно. Например, выборки в k1, берутся теперь в мо­менты времени 0, 4, 9, 13, 18, 22, 27, и т.д.

Общий вид четырех входных сигналов с выборками, взятыми последовательно в моменты времени 0, 1, 2, 3, и т. д., и их квантованные значения, полученные в результате кодификации, с учетом выравнивания, показаны на рис. Сформированный таким образом поток бит приведен в нижней части рисунка.

На приемной стороне происходит демультиплексирование указанной последовательности так, что в канал k1 попадут только квантованные кодифицированные выборки, взятые в моменты: 0, 4, 9, 13, 18, 22, ... . Затем из них при необходимости будут восстановлены с помощью фильтрации фильтрами нижних частот (ФНЧ) исходные аналоговые сигналы.