デジタル通信-テクニック
デジタル通信プロセスへの基本的な道を開いたいくつかのテクニックがあります。信号をデジタル化するために、サンプリングと量子化の手法があります。
それらを数学的に表現するために、LPCとデジタル多重化技術があります。これらのデジタル変調技術についてさらに説明します。
線形予測符号化
Linear Predictive Coding (LPC)線形予測モデルでデジタル音声信号を表すツールです。これは主に、オーディオ信号処理、音声合成、音声認識などで使用されます。
線形予測は、現在のサンプルが過去のサンプルの線形結合に基づいているという考えに基づいています。分析では、離散時間信号の値を前のサンプルの線形関数として推定します。
スペクトルエンベロープは、線形予測モデルの情報を使用して、圧縮された形式で表されます。これは数学的に次のように表すことができます-
$ s(n)= \ displaystyle \ sum \ limits_ {k = 1} ^ p \ alpha_k s(n-k)$ p そして αk
どこ
s(n) 現在の音声サンプルです
k 特定のサンプルです
p 最新の値です
αk 予測子の係数です
s(n - k) 前の音声サンプルです
LPCの場合、予測子の係数値は、実際の音声サンプルと線形に予測された音声サンプルの間の(有限間隔での)差の2乗の合計を最小化することによって決定されます。
これは非常に便利な方法です encoding speech低ビットレートで。LPCメソッドは非常に近いですFast Fourier Transform (FFT) 方法。
多重化
Multiplexingは、共有メディアを介して、複数の信号を1つの信号に結合するプロセスです。これらの信号は、本質的にアナログの場合、プロセスは次のように呼ばれます。analog multiplexing。デジタル信号が多重化されている場合、それは次のように呼ばれますdigital multiplexing。
多重化は、電話で最初に開発されました。多数の信号を組み合わせて、1本のケーブルで送信しました。多重化のプロセスは、通信チャネルをいくつかの論理チャネルに分割し、転送される異なるメッセージ信号またはデータストリームにそれぞれを割り当てます。多重化を行うデバイスは、MUX。受信機で行われる逆のプロセス、すなわち、1つからチャネル数を抽出することは、次のように呼ばれます。de-multiplexing。逆多重化を行うデバイスは、DEMUX。
次の図は、MUXとDEMUXを表しています。それらの主な用途は通信の分野です。
マルチプレクサの種類
マルチプレクサには、主にアナログとデジタルの2種類があります。それらはさらにFDM、WDM、およびTDMに分けられます。次の図は、この分類の詳細を示しています。
実際、多重化技術には多くの種類があります。なかでも、上図のように、一般的に分類された主なタイプがあります。
アナログ多重化
アナログ多重化技術には、本質的にアナログである信号が含まれます。アナログ信号は、周波数(FDM)または波長(WDM)に従って多重化されます。
周波数分割多重(FDM)
アナログ多重化で最も使用される手法は Frequency Division Multiplexing (FDM)。この手法では、さまざまな周波数を使用してデータストリームを結合し、通信メディアで単一の信号として送信します。
Example − 1本のケーブルで多数のチャンネルを送信する従来のテレビ送信機は、FDMを使用します。
波長分割多重(WDM)
波長分割多重はアナログ技術であり、異なる波長の多くのデータストリームが光スペクトルで送信されます。波長が長くなると、信号の周波数は低くなります。Aprism 異なる波長を1本の線に変えることができ、MUXの出力とDEMUXの入力で使用できます。
Example −光ファイバー通信は、WDM技術を使用して、通信用に異なる波長を単一の光にマージします。
デジタル多重化
デジタルという用語は、情報の離散ビットを表します。したがって、利用可能なデータは、離散的なフレームまたはパケットの形式になります。
時分割多重(TDM)
TDMでは、時間枠はスロットに分割されます。この手法は、メッセージごとに1つのスロットを割り当てることにより、単一の通信チャネルを介して信号を送信するために使用されます。
すべてのタイプのTDMのうち、主なものは同期TDMと非同期TDMです。
同期TDM
同期TDMでは、入力はフレームに接続されます。ある場合 'n'接続数、その後フレームは'に分割されますn' タイムスロット。入力ラインごとに1つのスロットが割り当てられます。
この手法では、サンプリングレートはすべての信号に共通であるため、同じクロック入力が与えられます。MUXは、常に同じスロットを各デバイスに割り当てます。
非同期TDM
非同期TDMでは、サンプリングレートは信号ごとに異なり、共通のクロックは必要ありません。割り当てられたデバイスがタイムスロットに対して何も送信せず、アイドル状態になっている場合、同期とは異なり、そのスロットは別のデバイスに割り当てられます。このタイプのTDMは、非同期転送モードネットワークで使用されます。
回生リピーター
通信システムの信頼性を高めるには、信号を損失なく効果的に送受信する必要があります。PCM波は、チャネルを介して送信された後、チャネルによって導入されたノイズのために歪められます。
元のパルスと受信したパルスを比較した回生パルスは、次の図のようになります。
信号のより良い再生のために、 regenerative repeaterレシーバーの前のパスで使用されます。これは、発生した損失から信号を復元するのに役立ちます。以下は図式表現です。
これは、アンプ、タイミング回路、および意思決定デバイスとともにイコライザーで構成されています。各コンポーネントの動作の詳細は次のとおりです。
イコライザ
チャネルは、信号に振幅と位相の歪みを生成します。これは、チャネルの伝送特性によるものです。イコライザー回路は、受信したパルスを整形することによってこれらの損失を補償します。
タイミング回路
高品質の出力を得るには、信号対雑音比(SNR)が最大になる場所でパルスのサンプリングを行う必要があります。この完全なサンプリングを実現するには、受信したパルスから周期的なパルス列を導出する必要があります。これは、タイミング回路によって行われます。
したがって、タイミング回路は、受信したパルスを介して、高いSNRでサンプリングするためのタイミング間隔を割り当てます。
決定装置
タイミング回路がサンプリング時間を決定します。決定デバイスは、これらのサンプリング時間で有効になります。決定デバイスは、量子化されたパルスとノイズの振幅が事前に決定された値を超えるかどうかに基づいて出力を決定します。
これらは、デジタル通信で使用される技術のいくつかです。データエンコーディング技術と呼ばれる、学ぶべき他の重要な技術があります。ラインコードを見た後、次の章でそれらについて学びましょう。