книги / Основы построения цифровых систем передачи

стей продуктов искажений сигналов соседних каналов, попадающих в полосу данного канала:

с© С+ Д й>

б) энергетический спектр продуктов искажения

Для определения мощности шумов в «молчащем» канале следует из общей полосы шумов 2(оп вычесть А©, т. е.

Наибольшие искажения из-за временных флуктуаций происходят в каналах, размещенных в высокочастотной части спектра группового сигнала. Наихудпгий случай соответствует каналу, у которого шс=<0т— .

Так как ©п-Сющ, то для упрощения примем Тогда

где p l = Gs&a/n — средняя мощность сигнала одного ка­ нала; Р = G\ ©п/я — мощность флуктуаций.

Допустимая величина мощности флуктуаций

Pl

151

Таким образом, при заданной мощности шумов в «молчащем» канале с увеличением спектра флуктуаций допустимая величина флуктуаций уменьшается. При (оп>А<|> допустимая мощность флуктуаций составляет

(5.37)

Зависимость допустимой величины временных флук­ туаций (при 0 л>Дй)) от числа каналов группового сиг­ нала при заданной мощности шумов в «молчащем» ка­ нале приведена на рис. 5.9. Данные рис. 5.9 соответст-

Рис. 5 9. Зависимость допустимой величины временных флуктуаций от числа каналов группового телефонного сиг­ нала при соп>Дсо

вуют переносу групповых сигналов в низкочастотную об­ ласть, что обеспечивает минимальную скорость цифро­ вого потока. При передаче третичной группы в спектре 60—1292 кГц, для того чтобы мощность шумов из-за

их искажающее действие ограничивается полосой дан­ ного канала, и шумы возникают лишь при передаче сиг­ нала в данном канале. В этом случае допустимую ве­ личину флуктуаций целесообразно оценивать по 'задан­ ной величине отношения сигнал/шум в канале.

При малой ширине спектра флуктуаций (5.38) энер­ гетический спектр искажений определяется членом сум-

152

на рис. 5.10. Для наихудшего случая, когда coc=<i>m—Асо,

ных флуктуации; б) продуктов искажении при con<ii<o

Допустимая мощность временных флуктуаций

Задаваясь величиной отношения PJPBI, м о ж н о опре­ делить допустимую величину временных флуктуаций. Так, при передаче третичной группы в спектре 60—

1292 кГц для обеспечения Р = lOlg-^1- =30 дБ эффек­

тивное значение временных флуктуаций должно быть не более 4 нс.

На рис. 5.11 приведены зависимости допустимой ве­ личины временных флуктуаций от числа каналов груп­ пового сигнала при ширине спектра временных флук­ туаций, удовлетворяющей условию (5.38). Допустимая величина флуктуаций в зависимости от ширины спектра флуктуаций может быть найдена для группового сиг­ нала определенного вида с помощью выражений (5.36) и (5.40).

На рис. 6.12 приведена такая зависимость для пере­ дачи третичной группы. Допустимая мощность перекре­ стных помех принята равной 250 пВт; отношение сигнал/шум в телефонном канале — не менее 30 дБ. До­ пустимая величина флуктуаций не должна превышать 0,3—4 нс в зависимости от ширины спектра флуктуаций.

153

Для высокоскоростной системы с ИКМ с тактовой частотой 100 МГц временные флуктуации величиной 0,3 нс соответствуют девиации фазы ~ 1 Г на тактовой

Рис. 5.11. Зависимость допустимой величины временных флуктуаций от числа каналов группового телефон­ ного сигнала при (оп<Д(о

Рис. 5.12. Зависимость среднеквадратичес­

при передаче третичной группы телефон­ ных каналов; частотная характеристика ко­ эффициента передачи подавителя флуктуа­ ций /С(/); спектр флуктуаций G€ на выхо­

де подавителя

частоте. Среднеквадратическое значение флуктуаций на выходе одного регенератора высокоскоростной си­ стемы с ИКМ составляет 3—5° [19]. Поэтому для выпол­ нения требований к величине временных флуктуаций на

154

выходе тракта необходимо использовать устройства по­ давления флуктуаций.

На рис. 5.12 приведены частотная характеристика коэффициента передачи подавителя флуктуаций К (f) при добротности, равной 10е (тактовая частота 224 МГц), и спектр флуктуаций на выходе магистрали.длиной бо­ лее 6000 км (подавители флуктуаций размещены через 600 км) ») [33].

Из приведенных на рис. 5.12 зависимостей следует,

что требования, соответствующие кривой ]/" £2(0> вы­ полняются. Спектр временных флуктуаций ограничен 100—200 Гц, при этом действие флуктуаций сводится к увеличению шумов сопровождения в собственном ка­ нале.

5.4. ПАРАМЕТРЫ ЦИФРОВОЙ ПЕРЕДАЧИ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ

Параметры аналого-цифрового и цифро-аналогово­ го преобразователей. Искажения из-за квантования ам­ плитудного диапазона при цифровой передаче сигналов изображения наиболее заметны при передаче полутоно­ вых изображений с плавными изменениями яркости. В этом случае из-за квантования появляются ложные контуры -т- границы зон равной яркости: При передаче изображения с резкими переходами искажения кванто­ вания заметны существенно меньше.

Искажения, возникающие при квантовании, не будут заметны во всем диапазоне яркостей воспроизводимого изображения при выполнении следующих условий. 1. Общее число уровней квантования должно превышать число различимых градаций яркости N, т. е. число раз­ рядов кода n>log2 ^ . 2. Распределение уровней кванто­ вания сигнала на выходе системы должно соответство­ вать распределению различимых градаций яркости.

Число различимых градаций яркости телевизионного изображения ограничивается различительной способно­ стью глаза, определяемой как отношение минимально заметного порогового приращения яркости АВпор к яр­ кости В. Если считать, что в рабочем диапазоне ярко-)*

*) При построении цифровой сети связи устройства подавления временных флуктуаций будут размещаться в сетевых узлах для обеспечения транзита цифровых потоков. Расстояние между узла­ ми сети, как правило, меньше 600 км.

155

стей (ЛВпор/В) = const (закон Вебера—Фехнера), то при известном контрасте изображения число различимых градаций

Различительная способность &ВП0$/В изменяется в пределах 0,02—0,05 в зависимости от яркости поля адап­ тации, средней яркости изображения, угловых размеров наблюдаемых деталей {84, 85]. Значение контраста К, обеспечиваемое приемными трубками, с учетом внешней засветки не превышает 50 [86]. При Д5П0р/^ = 0,04 и К = = 50 число различимых градаций N=98. При этом тре­ буемое число разрядов кода п^ 7 .

Если величина шага квантования выходного сигнала Ут—yi будет соответствовать приращению яркости Bi+1—5,-^ЛВпор, то переход от одного квантованного уровня к соседнему будет восприниматься как плавное изменение яркости. Условие ДВыор/В = const эквивалент­ но требованию х/6(х) = const, что, как показано в гл. 2, соответствует логарифмической характеристике компрес­ сии. Для характеристик типа р при воспроизведении изображений с контрастом Вмакс/Вмш= 10—100 величи­ на р находится в области 50—100 (см. рис. 2.10).

В качестве критерия для сравнения характеристик компрессии целесообразно принять минимальную отно­ сительную величину входного сигнала х= В/В иа1{С, при которой искажения из-за квантования, определяемые различительной чувствительностью глаза, не превосхо­ дят заданного значения.

Минимальная величина входного сигнала хМ1„, соответствует условию

156

На рис. 5.13 приведены зависимости xMUn([i) для раз­ личных значений АВпор/В при семи-, восьми- и девяти­ разрядной передаче.

Рис. 5.13. Зависимость минимальной величины входного сигнала x MUI:, при которой искажения из-за квантования не заметны, от величины ц и АВ/В

В первом случае требование ^Мшг<0,04|) обеспечи­ вается лишь при АВпор/В = 0,05 и при р>30. При вось­

*мии при увеличении р, весьма незначительно и величи­ ны р = 40—100, видимо, являются достаточными. При этих значениях р для п = 8 искажения квантования не будут заметны на изображении.

На рис. 5.13 отмечены величины хлпшр, соответству­ ющие равномерному кодированию. Из сравнений значе­ ний хмин и х„„н р видно, что при одинаковой разрядно­ сти логарифмическая характеристика компрессии позво­ ляет снизить величину хи,ш в 2—3 раза по сравнению со случаем равномерного кодирования.

Устройства формирования и передачи сигналов изо­ бражения обладают нелинейными амплитудными харак-

О Как показано в (7)0] и [87J, х^0,04 соответствует области мак­ симальной различительной чувствительности.

157

теристиками, обычно аппроксимируемыми степенными функциями вида

^вх>0;

(5.45)

О, Un < 0.

Чтобы компенсировать нелинейность световой характе­ ристики кинескопа (для кинескопов полагают у=2,2 [88]), амплитудная характеристика передающей аппара­ туры должна иметь у<1, что приводит к компрессии входного сигнала1). В приемной аппаратуре происходит экспандирование сигнала. Даже при кодировании с посто­ янным шагом квантования вследствие нелинейности при­ емной трубки распределение квантованных значений яр­ кости на экране будет неравномерным, соответствующим характеристике компрессии у = х>/у. На рис. 5.14 пока­ зана такая характеристика компрессии при у = 2,2.

Поэтому целесообразно, чтобы характеристика ком­ прессии в системе ИКМ в сочетании с характеристика­ ми передающей телевизионной аппаратуры и приемной трубки обеспечивала требуемый закон компрессии для тракта в целом.

Для получения логарифмического закона компрессии характеристика компрессора системы ИКМ должна со­

ответствовать выражению у= ln(l-j-p*v ) Характеристи-

1п(1+р)

ка тракта, соответствующая р,=90—100, может быть по­ лучена при характеристике компрессии в системе с ИКМ при ц&З.

dy\

Нетрудно показать, что функция y = x v удовлетворяет указанным условиям:

и

158

Характеристика >JLI= 3 может быть реализована с по­ мощью линейно-ломаиой аппроксимации (двухсегмент­ ная характеристика компандирования на рис. 5.14). По-

Рнс. о.14. К определению характеристики компан­ дирования сигналов изо­ бражения

казатель степени у характеристики приемных трубок снижается при малых значениях сигнала (87], поэтому целесообразно увеличить крутизну характеристики ком­ прессии в области малых значений. Таким требованиям удовлетворяет трехсегментная характеристика типа А = = 5,36.

Первый сегмент характеристики Л =5,36 имеет кру­ тизну 4y/dx= 2, т. е. кодирование на этом участке проис­ ходит с шагом, равным половине шага равномерного квантования, что эквивалентно увеличению разрядности кода на единицу для сигналов х^0,25. При использова­ нии характеристики типа А в системе ИКМ результиру­

159