SlideShare a Scribd company logo
Телекоммуникационные
      технологии

Тема 6. Аналоговые и цифровые
         сигналы. АЦП
Сигналы в телекоммуникациях

Аналоговые
 Непрерывный поток по t & A
 Характеристики
   Амплитуда
   Фаза
   F ()


Цифровые
 Дискретные значения признаков в дискретные
 моменты времени
   (discrete & quantized)
 Характеристики
   Значение признака (обычно уровня и/или фазы)
   F ()

         Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   2
Аналоговые сигналы:
          особенности


Высокая
восприимчивость к
шумам

Сложность
распознавания

Невозможность точной
регенерации




          Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   3
Цифровые сигналы:
           особенности
Простота регистрации и
регенерации

Возможность
исправления ошибок

Возможность
отслеживания состояния
линии

Неэффективность
передачи некоторых
видов сигналов


          Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   4
Передача сигналов на PHY

D→D
  Кодирование                                (line coding)
A→A
  Модуляция                                  (modulation)
D→A
  [Кодирование]                              (line coding)
  Модуляция                                  (modulation)
A→D
  АЦП                                        (ADC, modulation)
  [Кодирование]                              (line coding)


           Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   5
Фазы ADC

1) Фильтрация
   (filtering)
2) Выборка (дискретизация)
   (sampling)
3) Квантование сигнала
   (quantization)
4) Кодирование
   (coding)



        Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   6
Пример: Pulse Code Modulation -
             DS0
Звук 300Гц-3400Гц → 64kbit/s DS0
G.711

1) Фильтрация в диапазоне до 4кГц
2) Выборка: Fs=8кГц (1/125мкс) – PAM
3) Квантование: 256уровней
4) Кодирование: 8бит – PCM




        Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   7
NB! Частотное представление
               сигналов
    Прямое преобразование
    Фурье



    Обратное
    преобразование Фурье




●   Ширина спектра ~
    1/длительность !
       (δ, step, sin)

                  Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   8
Шаг (1): Фильтрация

    Уменьшение числа
    частотных гармоник
    в сигнале

    Low-pass (ФНЧ):
●   Снижение А компонент с
    частотой выше частоты
    среза

●   yn = αx + (1 − α)yn− 1




                Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   9
Шаг (2): Дискретизация. ОТВ

    Basic Sampling Theorem:
●   Exact reconstruction of a continuous-time
    baseband signal from its samples is possible if
    the signal is bandlimited and the sampling
    frequency is greater than twice the signal
    bandwidth




    Спектр сигнала должен быть
    конечным (фильтрация)
    Спектр должен лежать в
    начальной области частот
    или

    Тогда для Fs≥2fmax: A→D→A ok

                      Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   10
Восстановление сигнала по
          ОТВ
sinc(x) = sin(πx) / (πx)



if
     Бесконечное время
     восстановления
then
     Точное удовлетворение
     ОТВ
В реальности:                                               У нас: (PCM)
     ограниченное время                                    ● Fs = 8kHz

     различные методы                                      ●   result - PAM
     интерполяции
             Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   11
Шаг (3): Квантование
Метод квантования
  4000 vs 256 точек
  Погрешность квантования (abs, rel)
  Использование нелинейных методов
Два подхода (Europe/US)
  Α= 87.6




  µ= 255




            Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   12
Шаг (4): Кодирование

Есть набор отсчетов и набор уровней
Нужен цифровой сигнал


Последовательность импульсов:
  A:
       Прямой код XOR 0х55
  :
       Обратный код



Коды несовместимы, нужно преобразование!

            Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   13
Итого: Pulse Code Modulation

На входе:
  Звук 300Гц-3400Гц
На выходе:
  Цифровой сигнал DS0, требующий канала в 64kbit/s



Как можно уменьшить требуемую
пропускную способность канала, не
жертвуя при этом качеством?


          Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   14
DPCM

Differetial PCM
  Для снижения требуемой пропускной
  способности канала – другой алгоритм
  кодирования ~ 25% - 40кбит/с

 Прогнозирование – F(k+1)=F(k)
 Ошибки прогнозирования - может не
 хватить битов – кодируем саму амплитуду



          Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   15
ADPCM

    Adaptive DPCM (G.721, G.726)
    Количество битов для кодирования
    ошибки прогноза может меняться
    16, 24, 32, 40кБит/с

    Прогноз по нескольким значениям

    Особенность:
●   Кодер включает декодер (обратная связь)!



              Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   16
Delta Modulation

Изменяется не только кодирование
  Кодирование только направления изменения
  Типы ошибок:
    зернистость
    завышение склона


  Больше частота дискретизации


  Для голоса- 32кбит/с – выборка с частотой
  32кГц

          Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   17
Еще варианты ADC

Delta-Sigma Modulation
  С интеграцией
Variable Slope Delta Modulation
  С отслеживанием крутизны склона и изменением
  размера шага (специальными кодами)
SB-ADPCM
  С разбивкой на несколько полос частот + ADPCM


Общая задача – сократить требуемую
пропускную способность
  Сложнее A→D→A
         Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   18
?
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU   19

More Related Content

Viewers also liked

5 класс, 1 семестр
5 класс, 1 семестр5 класс, 1 семестр
5 класс, 1 семестр
Елена Исакова
 
De Motivation2
De Motivation2De Motivation2
De Motivation2
LLoyd Lofton L.U.T.C.
 
ETHEKWINI WEEKlY BUllETIN: Weekly bulletin issue 49
ETHEKWINI WEEKlY BUllETIN: Weekly bulletin issue 49ETHEKWINI WEEKlY BUllETIN: Weekly bulletin issue 49
ETHEKWINI WEEKlY BUllETIN: Weekly bulletin issue 49
Marketing Durban Chamber
 
Neha Portfolio
Neha PortfolioNeha Portfolio
Neha PortfolioNeha Raut
 
Threats to the Grid | Cyber Challenges Impacting the Energy Sector
Threats to the Grid | Cyber Challenges Impacting the Energy Sector Threats to the Grid | Cyber Challenges Impacting the Energy Sector
Threats to the Grid | Cyber Challenges Impacting the Energy Sector
Invincea, Inc.
 
Кейс "Образовательная политика"
 Кейс "Образовательная политика" Кейс "Образовательная политика"
Кейс "Образовательная политика"
Ольга Крашенинникова
 
определение касатка абашина
определение касатка абашинаопределение касатка абашина
определение касатка абашина
Sarkis Darbinyan
 
La investigación científica: la ruta del educador innovador
La investigación científica: la ruta del educador innovadorLa investigación científica: la ruta del educador innovador
La investigación científica: la ruta del educador innovador
Vladimir Estrada
 
La marca personal del docente exitoso
La marca personal del docente exitosoLa marca personal del docente exitoso
La marca personal del docente exitoso
Vladimir Estrada
 
Periféricos de entrada
Periféricos de entradaPeriféricos de entrada
Periféricos de entrada
Amairany Guadalupe Hernandez Resendiz
 
па 6 класс
па 6 класспа 6 класс
па 6 класс
Елена Исакова
 

Viewers also liked (11)

5 класс, 1 семестр
5 класс, 1 семестр5 класс, 1 семестр
5 класс, 1 семестр
 
De Motivation2
De Motivation2De Motivation2
De Motivation2
 
ETHEKWINI WEEKlY BUllETIN: Weekly bulletin issue 49
ETHEKWINI WEEKlY BUllETIN: Weekly bulletin issue 49ETHEKWINI WEEKlY BUllETIN: Weekly bulletin issue 49
ETHEKWINI WEEKlY BUllETIN: Weekly bulletin issue 49
 
Neha Portfolio
Neha PortfolioNeha Portfolio
Neha Portfolio
 
Threats to the Grid | Cyber Challenges Impacting the Energy Sector
Threats to the Grid | Cyber Challenges Impacting the Energy Sector Threats to the Grid | Cyber Challenges Impacting the Energy Sector
Threats to the Grid | Cyber Challenges Impacting the Energy Sector
 
Кейс "Образовательная политика"
 Кейс "Образовательная политика" Кейс "Образовательная политика"
Кейс "Образовательная политика"
 
определение касатка абашина
определение касатка абашинаопределение касатка абашина
определение касатка абашина
 
La investigación científica: la ruta del educador innovador
La investigación científica: la ruta del educador innovadorLa investigación científica: la ruta del educador innovador
La investigación científica: la ruta del educador innovador
 
La marca personal del docente exitoso
La marca personal del docente exitosoLa marca personal del docente exitoso
La marca personal del docente exitoso
 
Periféricos de entrada
Periféricos de entradaPeriféricos de entrada
Periféricos de entrada
 
па 6 класс
па 6 класспа 6 класс
па 6 класс
 

Similar to Topic06 signals

Гибкие перестраиваемые узлы ввода- вывода нового поколения – Cisco nLight ROADM
Гибкие перестраиваемые узлы ввода- вывода нового поколения – Cisco nLight ROADM Гибкие перестраиваемые узлы ввода- вывода нового поколения – Cisco nLight ROADM
Гибкие перестраиваемые узлы ввода- вывода нового поколения – Cisco nLight ROADM Cisco Russia
 
Modern devices with spread spectrum application opportunities for wireless co...
Modern devices with spread spectrum application opportunities for wireless co...Modern devices with spread spectrum application opportunities for wireless co...
Modern devices with spread spectrum application opportunities for wireless co...
Олександр Мазуренко
 
Архитектура Segment Routing
Архитектура Segment RoutingАрхитектура Segment Routing
Архитектура Segment Routing
Cisco Russia
 
Технология Cisco nLight для построения транспортных инфраструктур нового поко...
Технология Cisco nLight для построения транспортных инфраструктур нового поко...Технология Cisco nLight для построения транспортных инфраструктур нового поко...
Технология Cisco nLight для построения транспортных инфраструктур нового поко...Cisco Russia
 
DWDM инфраструктура для сети следующего поколения.
 DWDM инфраструктура для сети следующего поколения.  DWDM инфраструктура для сети следующего поколения.
DWDM инфраструктура для сети следующего поколения. Cisco Russia
 
Dvb – T (Digital Video Broadcasting –
Dvb – T (Digital Video Broadcasting –Dvb – T (Digital Video Broadcasting –
Dvb – T (Digital Video Broadcasting –anny87
 
4 курс
4 курс4 курс
4 курсandernic
 

Similar to Topic06 signals (20)

Topic04 switching
Topic04 switchingTopic04 switching
Topic04 switching
 
Topic24 pdh
Topic24 pdhTopic24 pdh
Topic24 pdh
 
Topic12 optical fiber
Topic12 optical fiberTopic12 optical fiber
Topic12 optical fiber
 
Topic23 pon plc
Topic23 pon plcTopic23 pon plc
Topic23 pon plc
 
Topic10 coaxial
Topic10 coaxialTopic10 coaxial
Topic10 coaxial
 
Гибкие перестраиваемые узлы ввода- вывода нового поколения – Cisco nLight ROADM
Гибкие перестраиваемые узлы ввода- вывода нового поколения – Cisco nLight ROADM Гибкие перестраиваемые узлы ввода- вывода нового поколения – Cisco nLight ROADM
Гибкие перестраиваемые узлы ввода- вывода нового поколения – Cisco nLight ROADM
 
Topic17 frame relay
Topic17 frame relayTopic17 frame relay
Topic17 frame relay
 
Topic22 docsis
Topic22 docsisTopic22 docsis
Topic22 docsis
 
Modern devices with spread spectrum application opportunities for wireless co...
Modern devices with spread spectrum application opportunities for wireless co...Modern devices with spread spectrum application opportunities for wireless co...
Modern devices with spread spectrum application opportunities for wireless co...
 
Архитектура Segment Routing
Архитектура Segment RoutingАрхитектура Segment Routing
Архитектура Segment Routing
 
Bpsk
BpskBpsk
Bpsk
 
Технология Cisco nLight для построения транспортных инфраструктур нового поко...
Технология Cisco nLight для построения транспортных инфраструктур нового поко...Технология Cisco nLight для построения транспортных инфраструктур нового поко...
Технология Cisco nLight для построения транспортных инфраструктур нового поко...
 
Topic25 sonet sdh
Topic25 sonet sdhTopic25 sonet sdh
Topic25 sonet sdh
 
Serial line
Serial lineSerial line
Serial line
 
Topic16 x25
Topic16 x25Topic16 x25
Topic16 x25
 
DWDM инфраструктура для сети следующего поколения.
 DWDM инфраструктура для сети следующего поколения.  DWDM инфраструктура для сети следующего поколения.
DWDM инфраструктура для сети следующего поколения.
 
Topic27 wpan
Topic27 wpanTopic27 wpan
Topic27 wpan
 
Topic15 leased lines
Topic15 leased linesTopic15 leased lines
Topic15 leased lines
 
Dvb – T (Digital Video Broadcasting –
Dvb – T (Digital Video Broadcasting –Dvb – T (Digital Video Broadcasting –
Dvb – T (Digital Video Broadcasting –
 
4 курс
4 курс4 курс
4 курс
 

More from eltsovcsseftkspbspuru (13)

Topic28 wi max
Topic28 wi maxTopic28 wi max
Topic28 wi max
 
Topic29 cell
Topic29 cellTopic29 cell
Topic29 cell
 
Topic26 wi fi
Topic26 wi fiTopic26 wi fi
Topic26 wi fi
 
Topic21 x dsl
Topic21 x dslTopic21 x dsl
Topic21 x dsl
 
Topic14 lan
Topic14 lanTopic14 lan
Topic14 lan
 
Topic13 wireless
Topic13 wirelessTopic13 wireless
Topic13 wireless
 
Topic11 twisted
Topic11 twistedTopic11 twisted
Topic11 twisted
 
Topic09 multiplexing
Topic09 multiplexingTopic09 multiplexing
Topic09 multiplexing
 
Topic05 osi
Topic05 osiTopic05 osi
Topic05 osi
 
Topic00 intro
Topic00 introTopic00 intro
Topic00 intro
 
Topic03 standards
Topic03 standardsTopic03 standards
Topic03 standards
 
Topic02 traffic
Topic02 trafficTopic02 traffic
Topic02 traffic
 
Topic01 history
Topic01 historyTopic01 history
Topic01 history
 

Topic06 signals

  • 1. Телекоммуникационные технологии Тема 6. Аналоговые и цифровые сигналы. АЦП
  • 2. Сигналы в телекоммуникациях Аналоговые Непрерывный поток по t & A Характеристики Амплитуда Фаза F () Цифровые Дискретные значения признаков в дискретные моменты времени (discrete & quantized) Характеристики Значение признака (обычно уровня и/или фазы) F () Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 2
  • 3. Аналоговые сигналы: особенности Высокая восприимчивость к шумам Сложность распознавания Невозможность точной регенерации Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 3
  • 4. Цифровые сигналы: особенности Простота регистрации и регенерации Возможность исправления ошибок Возможность отслеживания состояния линии Неэффективность передачи некоторых видов сигналов Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 4
  • 5. Передача сигналов на PHY D→D Кодирование (line coding) A→A Модуляция (modulation) D→A [Кодирование] (line coding) Модуляция (modulation) A→D АЦП (ADC, modulation) [Кодирование] (line coding) Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 5
  • 6. Фазы ADC 1) Фильтрация (filtering) 2) Выборка (дискретизация) (sampling) 3) Квантование сигнала (quantization) 4) Кодирование (coding) Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 6
  • 7. Пример: Pulse Code Modulation - DS0 Звук 300Гц-3400Гц → 64kbit/s DS0 G.711 1) Фильтрация в диапазоне до 4кГц 2) Выборка: Fs=8кГц (1/125мкс) – PAM 3) Квантование: 256уровней 4) Кодирование: 8бит – PCM Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 7
  • 8. NB! Частотное представление сигналов Прямое преобразование Фурье Обратное преобразование Фурье ● Ширина спектра ~ 1/длительность ! (δ, step, sin) Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 8
  • 9. Шаг (1): Фильтрация Уменьшение числа частотных гармоник в сигнале Low-pass (ФНЧ): ● Снижение А компонент с частотой выше частоты среза ● yn = αx + (1 − α)yn− 1 Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 9
  • 10. Шаг (2): Дискретизация. ОТВ Basic Sampling Theorem: ● Exact reconstruction of a continuous-time baseband signal from its samples is possible if the signal is bandlimited and the sampling frequency is greater than twice the signal bandwidth Спектр сигнала должен быть конечным (фильтрация) Спектр должен лежать в начальной области частот или Тогда для Fs≥2fmax: A→D→A ok Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 10
  • 11. Восстановление сигнала по ОТВ sinc(x) = sin(πx) / (πx) if Бесконечное время восстановления then Точное удовлетворение ОТВ В реальности: У нас: (PCM) ограниченное время ● Fs = 8kHz различные методы ● result - PAM интерполяции Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 11
  • 12. Шаг (3): Квантование Метод квантования 4000 vs 256 точек Погрешность квантования (abs, rel) Использование нелинейных методов Два подхода (Europe/US) Α= 87.6 µ= 255 Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 12
  • 13. Шаг (4): Кодирование Есть набор отсчетов и набор уровней Нужен цифровой сигнал Последовательность импульсов: A: Прямой код XOR 0х55 : Обратный код Коды несовместимы, нужно преобразование! Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 13
  • 14. Итого: Pulse Code Modulation На входе: Звук 300Гц-3400Гц На выходе: Цифровой сигнал DS0, требующий канала в 64kbit/s Как можно уменьшить требуемую пропускную способность канала, не жертвуя при этом качеством? Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 14
  • 15. DPCM Differetial PCM Для снижения требуемой пропускной способности канала – другой алгоритм кодирования ~ 25% - 40кбит/с Прогнозирование – F(k+1)=F(k) Ошибки прогнозирования - может не хватить битов – кодируем саму амплитуду Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 15
  • 16. ADPCM Adaptive DPCM (G.721, G.726) Количество битов для кодирования ошибки прогноза может меняться 16, 24, 32, 40кБит/с Прогноз по нескольким значениям Особенность: ● Кодер включает декодер (обратная связь)! Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 16
  • 17. Delta Modulation Изменяется не только кодирование Кодирование только направления изменения Типы ошибок: зернистость завышение склона Больше частота дискретизации Для голоса- 32кбит/с – выборка с частотой 32кГц Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 17
  • 18. Еще варианты ADC Delta-Sigma Modulation С интеграцией Variable Slope Delta Modulation С отслеживанием крутизны склона и изменением размера шага (специальными кодами) SB-ADPCM С разбивкой на несколько полос частот + ADPCM Общая задача – сократить требуемую пропускную способность Сложнее A→D→A Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 18
  • 19. ? Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 19