Материал: 5856

31

стра памяти и предназначен для организации движения очереди символов. При одновременной подаче тактового импульса (ТИ) на все ячейки, содержимое каждой ячейки переносится в следующую, а в первую ячейку записывается очередной входной символ. Считывание содержимого регистра может проводиться как в параллельной форме, так и в последовательной (символ за символом).

Двоичный счетчик состоит из n триггеров, соединенных последовательно и работающих в счетном режиме. При подаче на вход двоичного числа (0 или 1), это число суммируется с n-разрядным двоичным числом, содержащимся в ячейках счетчика.

Если на вход счетчика подавать периодическую последовательность тактовых импульсов (единиц) с периодом t, то его состояния циклически повторяются, при этом длительность цикла равна Т=2n t.

Логические схемы И, ИЛИ, НЕ в комментариях не нуждаются. Сумматор по модулю 2 (mod 2) имеет два входа и один выход (рис.

2.2г). При одновременной подаче на его входы двоичных символов u1 и u2

При таком подходе сложение и вычитание оказываются эквивалентны-

ми.

Мультиплексор (электронный переключатель) имеет N=2n входов и один выход (рис. 2.2д) и содержит n-разрядный регистр памяти, в котором в двоичной форме записан номер того входа, который в данный момент соединен с выходом. При обновлении содержимого регистра (при записи нового номера), происходит переключение на соответствующий вход. Вместо регистра памяти можно использовать n-разрядный двоичный счетчик и подавать на его вход периодическую последовательность тактовых импульсов. Тогда мультиплексор будет подключать входы в порядке возрастания их номеров, и этот процесс будет циклическим.

Демультиплексор (рис. 2.2е) имеет один вход и N выходов. Процесс переключения происходит точно так же, как в мультиплексоре.

2.3Преобразование неэлектрических сигналов

вэлектрические

Впервые такой преобразователь, пригодный для широкого использования, был предложен в 1837 году. Он содержал телеграфный ключ и таблицу азбуки Морзе и был предназначен для преобразования текста в последовательность импульсов электрического тока.

Более современный метод был принят в качестве стандарта в 1932 году для использования в телеграфии и известен как международный телеграфный код №2 (МТК-2). Взамен каждого знака передаваемого текста генерируется

32

кодовая комбинация, состоящая из пяти двоичных символов длительностью по 20 мс каждый, т.е. техническая скорость передачи составляет VT=50 имп/с=50 Бод. Чтобы обеспечить взаимную синхронизацию передатчика и приемника, применяется старт-стопный метод передачи: в начале комбинации передается стартовый импульс длительностью 20 мс, а в конце – стоповый импульс длительностью 30 мс. В итоге для передачи одного знака требуется не менее 0,15 с. Этот стандарт давно устарел и в развитых странах не используется.

В1968 году для телеграфии и для передачи данных (информации, передаваемой от компьютера к компьютеру) предложено использовать телефонные линии и 7-битовый код (КОИ-7, МТК-5, ASCII). В последующем был принят ряд стандартных скоростей передачи в диапазоне от 50 до 33600 бит/с.

Преобразователь звукового сигнала в электрический – это микрофон. После длительных экспериментов было найдено компромиссное решение, и в

качестве стандарта для телефонного сигнала (передача речи) установлена полоса частот 300 – 3400 Гц. При передаче сигналов радиовещания по линии связи выделяется более широкая полоса частот (30 – 15000 Гц для систем высшего класса).

Преобразователем неподвижного изображения в аналоговый электрический сигнал (факсимильная связь, факс) является фотопреобразователь при использовании метода сканирования (строчной развертки). Скорость сканирования подобрана таким образом, чтобы сигнал на выходе факс-аппарата занимал полосу частот 300 – 3400 Гц и для его передачи можно было бы использовать существующие линии телефонной связи.

Преобразование движущегося изображения в электрический сигнал (телевидение) осуществляется тем же методом. В России принят стандарт 625 строк/кадр, 25 кадров/с, соотношение высоты к ширине кадра равно 3:4, поэтому полоса частот видеосигнала от 50 Гц до 6 МГц.

Важный вид электросвязи – это телеметрия, т.е. передача сигналов от датчиков, измеряющих текущие значения физических параметров некоторого объекта. Такие сигналы могут быть как аналоговыми, так и цифровыми, а значения их основных параметров могут отличаться на несколько порядков, в зависимости от назначения системы.

Всистемах телеуправления передаваемые сигналы – это команды, и диапазон возможных значений их параметров также чрезвычайно широк.

2.4 Квантование по времени непрерывного сигнала

Квантование (дискретизация) по времени – это замена непрерывной функции u(t), заданной на интервале 0≤t≤Т, последовательностью ее мгно-

34

Рис. 2.3 иллюстрирует соотношение между спектрами функций, участвующих в процессе квантования во времени.

Поскольку серия коротких импульсов-отсчетов v(t) получается в результате перемножения функций u(t) и r(t), спектр произведения v(t) равен свертке функций Su(f) и Sr(f), в итоге он, подобно спектру Sr(f), также является периодической функцией и занимает бесконечно большую полосу.

При анализе рис.2.3в становится очевидным способ восстановления переданного сообщения u(t): для этого серию отсчетов v(t) нужно подать на вход идеального ФНЧ, имеющего частотную характеристику прямоугольной формы (пунктирная линия на рис. 2.3в)

где Fc = Fв = Fк/2 – частота среза ФНЧ.

Импульсная характеристика такого фильтра совпадает с функцией (2.9), тогда выражение (2.8), в сущности, описывает операцию свертки функций v(t) и h(t).

На практике точному восстановлению сообщения u(t) мешает ряд об-

стоятельств. Укажем основные причины возникновения ошибок при вос-

становлении сообщения u(t).

Сигнал d(t) на выходе ФНЧ-демодулятора с частотной характеристикой K(f) имеет спектр

а нормированная величина среднего квадрата ошибки определяется выражением

Первая причина появления ошибок – это вынужденное нарушение тре-

бований теоремы отсчетов, т.е. квантование с частотой Fк<2Fв. Кстати,

очевидно, что здесь, в отличие от идеального случая, возможен некоторый произвол при выборе частоты среза fc ФНЧ-демодулятора.

На рис.2.4. видно, что в этом случае происходит перекрытие отдельных частей спектра сигнала v(t). Из-за этого возможно появление ошибок двух видов.

35

Sv(f) K(f)

Рис. 2.4. Спектр серии отсчетов в случае Fк<2FB и частотная характеристика ФНЧ-демодулятора (пунктирная линия)

Ошибка первого рода – это пропадание высокочастотных составляющих сигнала, имеющих частоты fu>fc.

Ошибка второго рода – это трансформация составляющих спектра сигнала u(t) с частотами fc<fu<Fв, и в результате на выходе ФНЧ – демодулятора появляются новые составляющие с частотами fd = Fк – fu (вспомните, как на киноэкране ведут себя колеса экипажа, когда он набирает скорость).

Если выбрать fc = Fк – Fв, то будет присутствовать лишь ошибка первого рода, а при fc = Fв – лишь ошибка второго рода. Для большинства реальных сигналов u(t) амплитуды спектральных составляющих убывают с ростом частоты (как на рис. 2.3.), поэтому для минимизации среднего квадрата ошибки следует взять fc = Fк/2, хотя при этом совместно существуют ошибки обоих видов. В этом последнем случае полезным окажется следующий прием: можно искусственно удовлетворить требованиям теоремы отсчетов, а именно, перед квантованием сообщение пропустить через такой же идеальный ФНЧ с частотой среза fc = Fк/2. Из рис. 2.4. хорошо видно, что такая дополнительная фильтрация позволит уменьшить средний квадрат ошибки в два раза, т.к. она устраняет возможность появления ошибок второго рода.

Вторая причина появления ошибок – это непрямоугольность частотных характеристик фильтров, в частности ФНЧ-демодулятора (рис. 2.5). В результате, во-первых, происходят частотные искажения сигнала в области |f|<Fв, и, во-вторых, в спектре сигнала на выходе демодулятора появляются новые составляющие с частотами |f|>Fв.

Sv(f)

K(f)

Рис. 2.5. Спектр серии отсчетов (сплошная линия), частотная характеристика ФНЧ-демодулятора в идеальном случае (пунктир) и частотная характеристика реального ФНЧ (штрих-пунктир)