Цифровая коммуникация - методы
Есть несколько методов, проложивших путь к процессам цифровой связи. Чтобы сигналы были оцифрованы, у нас есть методы дискретизации и квантования.
Чтобы они были представлены математически, у нас есть методы LPC и цифрового мультиплексирования. Эти методы цифровой модуляции обсуждаются далее.
Кодирование с линейным прогнозированием
Linear Predictive Coding (LPC)представляет собой инструмент, который представляет цифровые речевые сигналы в линейной прогнозной модели. Это в основном используется при обработке аудиосигналов, синтезе речи, распознавании речи и т. Д.
Линейное предсказание основано на идее, что текущая выборка основана на линейной комбинации прошлых выборок. Анализ оценивает значения сигнала с дискретным временем как линейную функцию от предыдущих выборок.
Спектральная огибающая представлена в сжатом виде с использованием информации модели линейного прогнозирования. Математически это можно представить как -
$ s (n) = \ displaystyle \ sum \ limits_ {k = 1} ^ p \ alpha_k s (n - k) $ для некоторого значения p и αk
куда
s(n) это текущий образец речи
k это конкретный образец
p это самое последнее значение
αk коэффициент предиктора
s(n - k) это предыдущий образец речи
Для LPC значения коэффициента предсказания определяются путем минимизации суммы квадратов разностей (в конечном интервале) между фактическими выборками речи и линейно предсказанными.
Это очень полезный метод для encoding speechс низким битрейтом. Метод LPC очень близок кFast Fourier Transform (FFT) метод.
Мультиплексирование
Multiplexingпредставляет собой процесс объединения нескольких сигналов в один сигнал на общей среде. Эти сигналы, если они аналоговые по своей природе, процесс называетсяanalog multiplexing. Если цифровые сигналы мультиплексируются, это называетсяdigital multiplexing.
Мультиплексирование впервые было разработано в телефонии. Несколько сигналов были объединены для передачи по одному кабелю. В процессе мультиплексирования канал связи делится на несколько логических каналов, каждый из которых выделяется для передачи отдельного сигнала сообщения или потока данных. Устройство, которое выполняет мультиплексирование, можно назватьMUX. Обратный процесс, то есть извлечение количества каналов из одного, который выполняется на приемнике, называетсяde-multiplexing. Устройство, которое выполняет демультиплексирование, называетсяDEMUX.
Следующие рисунки представляют MUX и DEMUX. Их основное использование - в области связи.
Типы мультиплексоров
В основном существуют два типа мультиплексоров, а именно аналоговые и цифровые. Далее они делятся на FDM, WDM и TDM. Следующий рисунок дает подробное представление об этой классификации.
На самом деле существует много видов методов мультиплексирования. Из них у нас есть основные типы с общей классификацией, указанные на рисунке выше.
Аналоговое мультиплексирование
Методы аналогового мультиплексирования включают сигналы, которые являются аналоговыми по своей природе. Аналоговые сигналы мультиплексируются в соответствии с их частотой (FDM) или длиной волны (WDM).
Мультиплексирование с частотным разделением (FDM)
В аналоговом мультиплексировании чаще всего используется метод Frequency Division Multiplexing (FDM). В этом методе используются различные частоты для объединения потоков данных и их отправки по среде связи в виде единого сигнала.
Example - Традиционный телевизионный передатчик, который передает несколько каналов по одному кабелю, использует FDM.
Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM)
Мультиплексирование с разделением по длине волны - это аналоговый метод, при котором в световом спектре передается множество потоков данных с разными длинами волн. Если длина волны увеличивается, частота сигнала уменьшается. Аprism который может превращать разные длины волн в одну линию, может использоваться на выходе MUX и на входе DEMUX.
Example - В оптоволоконной связи используется технология WDM для объединения волн разных длин в единый световой сигнал для связи.
Цифровое мультиплексирование
Термин цифровой означает дискретные биты информации. Следовательно, доступные данные представлены в виде дискретных кадров или пакетов.
Мультиплексирование с временным разделением (TDM)
В TDM временной интервал разделен на слоты. Этот метод используется для передачи сигнала по одному каналу связи путем выделения одного временного интервала для каждого сообщения.
Из всех типов TDM основными являются синхронный и асинхронный TDM.
Синхронный TDM
В синхронном TDM вход подключен к кадру. Если есть 'n'количество подключений, то кадр делится на'n' интервалы времени. Для каждой входной линии выделяется один слот.
В этом методе частота дискретизации является общей для всех сигналов, и поэтому используется один и тот же тактовый вход. MUX всегда выделяет один и тот же слот для каждого устройства.
Асинхронный TDM
В асинхронном TDM частота дискретизации для каждого сигнала разная, и общие часы не требуются. Если выделенное устройство для временного интервала ничего не передает и бездействует, то этот слот назначается другому устройству, в отличие от синхронного. Этот тип TDM используется в сетях с асинхронным режимом передачи.
Регенеративный повторитель
Чтобы любая система связи была надежной, она должна эффективно передавать и принимать сигналы без каких-либо потерь. Волна ИКМ после передачи по каналу искажается из-за шума, вносимого каналом.
Рекуперативный импульс по сравнению с исходным и полученным импульсом будет таким, как показано на следующем рисунке.
Для лучшего воспроизведения сигнала схема, названная regenerative repeaterиспользуется на пути перед приемником. Это помогает в восстановлении сигналов о произошедших убытках. Ниже приводится схематическое изображение.
Он состоит из эквалайзера, усилителя, схемы синхронизации и устройства принятия решений. Их работа каждого из компонентов подробно описана ниже.
Эквалайзер
Канал создает амплитудные и фазовые искажения сигналов. Это связано с характеристиками передачи канала. Схема эквалайзера компенсирует эти потери, формируя полученные импульсы.
Схема синхронизации
Чтобы получить качественный выходной сигнал, выборка импульсов должна выполняться там, где отношение сигнал / шум (SNR) является максимальным. Чтобы достичь этой идеальной выборки, из полученных импульсов должна быть получена периодическая последовательность импульсов, что выполняется схемой синхронизации.
Следовательно, схема синхронизации выделяет временной интервал для выборки с высоким SNR через принятые импульсы.
Устройство принятия решений
Схема синхронизации определяет время выборки. В это время выборки активируется решающее устройство. Устройство принятия решения принимает решение о своем выходе на основе того, превышает ли амплитуда квантованного импульса и шума предварительно определенное значение или нет.
Это несколько методов, используемых в цифровой связи. Есть и другие важные методы, которые необходимо изучить, называемые методами кодирования данных. Давайте узнаем о них в следующих главах, посмотрев на линейные коды.