Komunikacja cyfrowa - techniki

Istnieje kilka technik, które utorowały podstawową ścieżkę do procesów komunikacji cyfrowej. Aby sygnały zostały zdigitalizowane, mamy techniki próbkowania i kwantyzacji.

Aby można było je przedstawić matematycznie, mamy LPC i cyfrowe techniki multipleksowania. Te techniki modulacji cyfrowej są dalej omawiane.

Liniowe kodowanie predykcyjne

Linear Predictive Coding (LPC)to narzędzie, które reprezentuje cyfrowe sygnały mowy w liniowym modelu predykcyjnym. Jest to głównie używane w przetwarzaniu sygnału audio, syntezie mowy, rozpoznawaniu mowy itp.

Przewidywanie liniowe opiera się na założeniu, że bieżąca próbka jest oparta na liniowej kombinacji poprzednich próbek. Analiza szacuje wartości sygnału dyskretnego w czasie jako funkcję liniową poprzednich próbek.

Obwiednia widmowa jest reprezentowana w postaci skompresowanej, przy użyciu informacji z liniowego modelu predykcyjnego. Można to matematycznie przedstawić jako -

$ s (n) = \ Displaystyle \ suma \ limity_ {k = 1} ^ p \ alpha_k s (n - k) $ dla jakiejś wartości p i α_k

Gdzie

• s(n) to aktualna próbka mowy

• k jest konkretną próbką

• p to ostatnia wartość

• α_k jest współczynnikiem predykcyjnym

• s(n - k) to poprzednia próbka mowy

W przypadku LPC współczynniki predykcyjne są określane przez zminimalizowanie sumy kwadratów różnic (w skończonym przedziale) między rzeczywistymi próbkami mowy a próbkami przewidywanymi liniowo.

Jest to bardzo przydatna metoda encoding speechprzy niskiej przepływności. Metoda LPC jest bardzo zbliżona doFast Fourier Transform (FFT) metoda.

Multipleksowanie

Multiplexingto proces łączenia wielu sygnałów w jeden sygnał na wspólnym nośniku. Sygnały te, jeśli mają charakter analogowy, nazywa się procesemanalog multiplexing. Jeśli sygnały cyfrowe są multipleksowane, nazywa się todigital multiplexing.

Multipleksowanie zostało po raz pierwszy opracowane w telefonii. Kilka sygnałów zostało połączonych, aby wysłać je jednym kablem. Proces multipleksowania dzieli kanał komunikacyjny na kilka kanałów logicznych, przydzielając każdemu inny sygnał wiadomości lub strumień danych do przesłania. Urządzenie, które wykonuje multipleksowanie, można nazwać jakoMUX. Proces odwrotny, tj. Wyodrębnianie liczby kanałów z jednego, który jest wykonywany w odbiorniku, nazywa się jakode-multiplexing. Urządzenie, które wykonuje demultipleksowanie, nosi nazwęDEMUX.

Poniższe liczby przedstawiają MUX i DEMUX. Ich głównym zastosowaniem jest komunikacja.

Rodzaje multiplekserów

Istnieją głównie dwa typy multiplekserów, a mianowicie analogowe i cyfrowe. Są one dalej podzielone na FDM, WDM i TDM. Poniższy rysunek przedstawia szczegółowy obraz tej klasyfikacji.

W rzeczywistości istnieje wiele rodzajów technik multipleksowania. Spośród nich wszystkich mamy główne typy z ogólną klasyfikacją, wymienione na powyższym rysunku.

Multipleksowanie analogowe

Techniki multipleksowania analogowego obejmują sygnały o charakterze analogowym. Sygnały analogowe są multipleksowane zgodnie z ich częstotliwością (FDM) lub długością fali (WDM).

Multipleksowanie z podziałem częstotliwości (FDM)

W multipleksowaniu analogowym najczęściej stosowaną techniką jest Frequency Division Multiplexing (FDM). Technika ta wykorzystuje różne częstotliwości do łączenia strumieni danych w celu przesłania ich na nośniku komunikacyjnym jako pojedynczy sygnał.

Example - Tradycyjny nadajnik telewizyjny, który przesyła kilka kanałów jednym kablem, wykorzystuje technologię FDM.

Multipleksowanie z podziałem długości fali (WDM)

Multipleksowanie z podziałem długości fal jest techniką analogową, w której wiele strumieni danych o różnych długościach fal jest transmitowanych w widmie światła. Jeśli długość fali wzrasta, częstotliwość sygnału maleje. ZAprism które mogą zamieniać różne długości fal w jedną linię, mogą być używane na wyjściu MUX i wejściu DEMUX.

Example - Komunikacja światłowodowa wykorzystuje technikę WDM do łączenia różnych długości fal w jedno światło do komunikacji.

Cyfrowe multipleksowanie

Termin cyfrowy reprezentuje dyskretne bity informacji. Dlatego dostępne dane mają postać ramek lub pakietów, które są dyskretne.

Multipleksowanie z podziałem czasu (TDM)

W TDM przedział czasu jest podzielony na szczeliny. Technika ta służy do przesyłania sygnału przez pojedynczy kanał komunikacyjny poprzez przydzielenie jednej szczeliny dla każdej wiadomości.

Ze wszystkich typów TDM, główne to synchroniczne i asynchroniczne TDM.

Synchroniczny TDM

W synchronicznym TDM wejście jest połączone z ramką. Jeśli tam są 'n'liczba połączeń, potem ramka jest podzielona na'nprzedziały czasowe. Na każdą linię wejściową przydzielane jest jedno gniazdo.

W tej technice częstotliwość próbkowania jest wspólna dla wszystkich sygnałów, a zatem podawane jest to samo wejście zegara. MUX przez cały czas przydziela to samo gniazdo każdemu urządzeniu.

Asynchroniczny TDM

W asynchronicznym TDM częstotliwość próbkowania jest inna dla każdego z sygnałów i nie jest wymagany wspólny zegar. Jeśli przydzielone urządzenie dla przedziału czasu nic nie transmituje i pozostaje w stanie bezczynności, wówczas szczelina ta jest przydzielana innemu urządzeniu, w przeciwieństwie do synchronicznego. Ten typ TDM jest używany w sieciach w trybie transmisji asynchronicznej.

Regeneracyjny wzmacniacz

Aby każdy system komunikacyjny był niezawodny, powinien skutecznie przesyłać i odbierać sygnały, bez żadnych strat. Fala PCM po przesłaniu przez kanał ulega zniekształceniu z powodu szumu wprowadzanego przez kanał.

Impuls regeneracyjny w porównaniu z impulsem pierwotnym i odebranym będzie taki, jak pokazano na poniższym rysunku.

Aby zapewnić lepszą reprodukcję sygnału, obwód o nazwie as regenerative repeaterznajduje się na ścieżce przed odbiornikiem. Pomaga to w przywracaniu sygnałów z powstałych strat. Poniżej przedstawiono schematyczne przedstawienie.

Składa się z korektora wraz ze wzmacniaczem, obwodu czasowego i urządzenia decyzyjnego. Ich działanie każdego z komponentów opisano szczegółowo w następujący sposób.

Wyrównywacz

Kanał wytwarza zniekształcenia amplitudowe i fazowe sygnałów. Wynika to z charakterystyki transmisji kanału. Obwód korektora kompensuje te straty poprzez kształtowanie odbieranych impulsów.

Obwód rozrządu

Aby uzyskać jakość wyjściową, próbkowanie impulsów powinno być wykonywane przy maksymalnym stosunku sygnału do szumu (SNR). Aby osiągnąć to doskonałe próbkowanie, z odebranych impulsów musi być wyprowadzony okresowy ciąg impulsów, który jest wykonywany przez obwód czasowy.

W związku z tym obwód taktowania przydziela przedział czasowy dla próbkowania przy wysokim SNR, poprzez odebrane impulsy.

Urządzenie decyzyjne

Obwód czasowy określa czasy próbkowania. Urządzenie decyzyjne jest włączone w tych czasach próbkowania. Urządzenie decyzyjne decyduje o swoim wyjściu na podstawie tego, czy amplituda skwantowanego impulsu i szumu przekracza wcześniej określoną wartość, czy nie.

To tylko kilka technik używanych w komunikacji cyfrowej. Istnieją inne ważne techniki, których należy się nauczyć, zwane technikami kodowania danych. Dowiemy się o nich w kolejnych rozdziałach, po przyjrzeniu się oznaczeniom linii.