Шумы неравномерного квантования

В реальных системах ИКМ используется неравномерное квантование. Неравномерное квантование - уменьшение наклона характеристики  путем уменьшения величины шагов квантования для малых мгновенных значений сигнала за счет увеличения шагов для больших значений.

При неравномерном кодировании используются 8-ми разрядные коды, т.е. число уровней квантования равно 256.

Сжатие динамического диапазона осуществляется при помощи А - или m - характеристики компрессирования. В нашем случае используется характеристика компрессии , которая описывается следующим выражением:

 

 

 

Рис. 5.2.2. Характеристика компрессии

 

В ЦСП применяются сегментные неравномерные характеристики квантования, т.к. они достаточно просто реализуются на цифровой основе. Характеристика симметрична относительно 0, положительна и отрицательная ее ветви состоят из 8-ми сегментов, каждый сегмент поделен на 16 одинаковых шагов (внутри каждого сегмента квантование равномерное).

Сегменты аппроксимируют гладкую кривую характеристики компрессирования типа А. в нулевом и в первом сегменте шаг минимален, а в каждом последующем сегменте величина шага удваивается по отношению к предыдущему.

Выражение для защищенности от шумов квантования в двух первых сегментах будет иметь вид:

 

 

Для 2-7 сегментов:

 

 

где i - номер сегмента.

 

i	0	1	2	3	4	5	6	7
	0
	-	38.5	38.5	38.5	38.5	38.5	38.5	38.5
								1
	38.5	44.5	44.5	44.5	44.5	44.5	44.5	44.5

 

 

Начало графика - наклонная прямая - соответствует нулевому и первому сегментам. Это зона равномерного квантования, поэтому защищенность возрастает пропорционально увеличению уровня сигнала. При переходе ко второму сегменту защищенность скачком уменьшается на 6 дБ. При достижении верхней границы 7 сегмента наступает зона перегрузки.

 

Инструментальные шумы

 

В процессе преобразования аналогового сигнала в цифровой в оконечном оборудовании появляются шумы, определяемые отклонением характеристик преобразователя от идеальной. Указанные отклонения вызываются ограниченным быстродействием и конечной точностью работы отдельных узлов, изменением параметров преобразователей при колебаниях температуры, старении приборов и т.п. Уровень инструментальных шумов возрастает при увеличении скорости передачи и разрядности кода.

Соотношение между шумами квантования и инструментальными шумами:

 

 

 

 - среднеквадратичное значение приведенной инструментальной погрешности преобразования;

 - разрядность кода.

Для неравномерного квантования:

;

,

 

 

Для равномерного квантования:

;

 

 

Вывод: при неравномерном квантовании мощность инструментальных шумов на много меньше, чем при равномерном, следовательно, лучше использовать неравномерное квантование.

 

Шумы незанятого канала

 

При отсутствии входных сигналов на входе кодера действуют слабые помехи, к которым относятся собственные шумы и переходные помехи, несбалансированные остатки импульсов и т.д. Если характеристика кодера оказывается смещенной таким образом, что уровень нулевого входного сигнала совпадает с уровнем решения кодера, то помеха с любой сколь угодно малой амплитудой приводит к изменению кодовой комбинации. В этом случае выходной сигнал декодера представляет собой импульсы прямоугольной формы с размахом ( - величина минимального шага квантования) и со случайными моментами перехода через ноль. Возникающие при этом шумы, называются шумами незанятого канала. Несмотря на небольшую величину, эти шумы как бы не «маскируются» сигналом, что заметно для абонентов.

Защищенность от шумов незанятого канала должна быть не менее:

 

 

 

где, , а  - пик-фактор сигнала,  - минимальный шаг квантования при равномерном и неравномерном квантовании.

 

 дБ

 

Равномерное квантование:

 

 

 дБ

 

Неравномерное квантование:

 

 дБ

 

 дБ

Вывод: при неравномерном квантовании защищённость от помех незанятого канала выше на 12.1 дБ, чем при равномерном.

 

6. Нормирование качества передачи информации по ОЦК в соответствии с рекомендацией МСЭ-Т G. 821

 

В соответствии с рекомендацией МСЭ-Т G.821 для ОЦК на международном соединении вводятся следующие требования к параметрам качества:

А - при оценке в одноминутных интервалах не менее, чем 90% измерений должно быть не более 4-х ошибок;

Б - при оценках в односекундных интервалах не менее, чем в 99,8% измерений должно быть не больше 64-х ошибок;

В-при оценках в односекундных интервалах не менее, чем 92% измерений ошибки должны отсутствовать.

Рекомендуемое общее время оценки канала - один месяц.

Исходя из этих норм, можно рассчитать требования к параметрам качества (А, Б и В) на отдельных участках номинальной цепи ОЦК ВСС, воспользовавшись выражением:

 

, где

 

 - допустимое значение соответствующего параметра качества, указанного в рекомендации G.821%;

 - часть общих норм на параметры качества, отведенная на данный участок номинальной цепи ОЦК ВСС, % (для магистрального участка , для внутризонового участка , а для местного участка ).

 

Таблица 6.1. Требования к параметрам качества

Наименование цепи
Участок магистральной сети (12500 км)	98	99.96	98
Участок внутризоновой сети (600 км)	98.5	99.97	98
Участок местной сети (100 км)	99.25	99.985	99

 

Расчет значений параметров качества для конкретной линии протяженностью l км можно произвести по формуле:

 

 

 

где  - номинальная протяженность соответствующего участка сети

Местный участок сети:

Для местного участка сети :

 

 

Внутризоновый участок:

Для внутризонового участка сети :

 

 

Магистральный участок:

Для магистрального участка сети :

 

Вывод: параметры рекомендации G.821 выполняются на всех участках. Все каналы удовлетворяют требованиям к параметрам качества и могут использоваться в международных соединениях.