Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Если теперь сложить два модулированных сигнала, то ненужные боковые полосы взаимно уничтожатся. Степень подавления, конечно, зависит от идентичности коэффициентов передачи для двух подавляемых боковых полос в двух сигнальных ветвях. Отметим, что именно поэтому трудно реализовать этот тип модуляции в системах с аналоговой обработкой сигналов. Однако стабильность и высокая степень воспроизводимости являются основными достоинствами цифровых схем, а необходимая точность в цифровом варианте модулятора Уивера может быть получена выбором соответствующей длины слова для представления сигналов. Следует также отметить еще одно преимущество метода Уивера, состоящее в том, что подавление ненужной боковой полосы происходит здесь в самом рассматриваемом канале, а не в смежном, как это имеет место в других основных методах получения сигналов с одной боковой полосой частот.
Эта особенность значительно снижает требования к степени подавления боковой полосы. При проектировании цифрового варианта модулятора Уивера, в котором стандартные ИКМ-речевые сигналы с частотой дискретизации 8 кГц преобразуются в аналоговые сигналы с одной боковой полосой частот, необходимо ответить на ряд дополнительных вопросов. Первый вопрос касается того, какой должна быть общая частота дискретизации сигналов. Поскольку наибольшая частота всей группы сигналов равна 108 кГц, частота дискретизации ии должна бы быть по меньшей мере в два раза выше. Однако есть возможность использовать незанятый участок спектра на частотах ниже 60 кГц, размещая там псевдогруппу сигнала и затем отфильтровывая первое отображение этого сигнала, которое является результатом конечного цифро-аналогового преобразования (ЦАП).
Легко убедиться в том, что подойдет любая частота дискретизации в диапазоне от 108 кГц до 2К60=120 кГц. Однако необходимо учесть, что сначала в системе обрабатываются стандартные ИКМ-сигналы, дискретизованные с частотой 8 кГц. Для упрощения синхронизации предпочтительно использовать частоту дискретизации, кратную 8 кГц. Окончательный выбор частоты дискретизации сводится к величине 14~8=112 кГц. После этого можно построить цифровой модулятор Уивера, работающий с частотой дискретизации 112 кГц; он аналогичен представленному на рис.
1.3 с той лишь разницей, что аналоговые модуляторы и фильтры заменены на цифровые. Необходимо будет, конечно, заменить частоту дискретизации на входе с 8 кГц на 112 кГц, используя метод интерполяции отсчетов, описанный, например, в работе [13]. При этом, однако, сложные цифровые фильтры нижних частот должны работать на частоте дискретизации 112 кГц, хотя на самом деле и они, и предшествующие им модуляторы с несущей 2 кГц могли бы нормально работать на ба- 4асатаант сУискрг- тигации В ко Частоп~а вискре— атават~т,т: /.т1кЛ, ! Рис.
1.4. Цифровой модулятор Унвера. Число умноже- ния в 1 с Метод Память, бит 6 048 000 3 136 0СО 1 С88 000 388 388 392 Уивер, 216 кГц Уивер, 112 кГц Уивер, 112 кГц Интерполяция после ФНЧ Уивер, 112 кГц Интерполяция после ФНЧ, комбинация интерполяции и модуляции на выходе 640 000 400 вовой входной частоте дискретизации 8 кГц.
Таким образом, имеет смысл переходить с 8 кГц на 112 кГц сразу после ФНЧ, поскольку это в 14 раз снижает количество элементов, необходимых для этих фильтров. Окончательный вариант цифрового модулятора Уивера показан на рис. 1.4. Подробно эта система описана в работах [10, 14]. Грубой оценкой сложности системы цифровой обработки служит число умножений в секунду и требуемая емкость памяти в 20 Глава 1 21 Применение ЦОС в системах связи битах.
Полезно сравнить эти показатели для различных разрабатывавшихся вариантов описанного выше модулятора Уивера. Ниже приводятся данные, соответствующие обработке одного канала. Четвертый вариант, приводящий к дальнейшему уменьшению числа умножений, слишком сложен для краткого описания. В основе метода лежит сложение 12 каналов на выходе. Операции интерполяции и модуляции на выходе комбинируются таким образом, что математически этот вариант напоминает алгоритм быстрого преобразования Фурье. 1.7. Детектирование тональных сигналов Еще одной областью применения цифровой обработки в будущих системах связи станет детектирование и генерирование тональных сигналов. Центральные телефонные станции передают телефонные номера абонентов с помощью либо импульсов постоянного тока, либо тональных сигналов.
На принимающей центральной станции тональные сигналы детектируются, а импульсы подсчитываются с тем, чтобы узнать вызываемый номер. В цифровой центральной станции представляется наиболее экономичным использование цифровых детекторов, обрабатывающих сигналы, поступающие в цифровой форме. При приеме импульсов номеронабирателя подходящим детектором может служить комбинация простого цифрового фильтра нижних частот третьего порядка с частотой среза -40 Гц и детектора уровня с петлей гистерезиса. Казалось бы, детектором может служить быстродействующий компаратор без предварительной фильтрации, однако, учитывая возможности существующих контактных реле в передатчиках и наличие шумов питания в линиях связи, разработчик приходит к выводу, что для обеспечения надежной работы системы необходима цифровая фильтрация.
Действительно, реле современных электромеханических телефонных систем, служащие для детектирования импульсов номеронабирателя, построены на таких элементах, как катушки индуктивности, якорь электромагнита и иногда обмотки задержек, и поэтому сами по себе действуют подобно фильтру нижних частот третьего порядка, за которым следует детектор с петлей гистерезиса. Во многих телефонных системах для вызова абонента вместо импульсов постоянного тока используются тональные сигналы.
В телефонах с тастатурным вызовом информация о набираемом номере передается на центральные телефонные станции в виде «двух из восьми возможных частот». Тональные сигналы выбираются так, что детектор позволяет почти идеально отличать их от речевых сигналов. Это позволяет избегать ошибок набора номера в тех случаях, когда абонент после набора одной цифры начинал бы говорить в трубку, а детектор воспринял бы речь как цифру. Такая особенность систем называется речевой развязкой или защитой от имитации цифры. На рис. 1.5 показана блок-схема подобного детектора. Фильтр верхних частот на его входе не пропускает как шум питания (прежде всего 60 Гц), так и сигнал вызова, присутствующий при приеме первой цифры номера.
Отфильтрованный таким образом сигнал поступает далее на два полосовых режекторных фильтра, один из которых предназначен для подавления верхней группы из четырех тональных частот, а другой — для подавления такой же нижней группы. Выходные сигналы с этих фильтров далее ограничиваются и поступают на две группы из четырех полосовых фильтров, которые выделяют восемь частот. Если принимаемый сигнал действительно является сигналом номеронабирателя, состоящим из суммы двух чистых тонов, то после полосовых режекторных фильтров на ограничители поступят одпочастотные сигналы, а на выходе получатся колебания симметричной прямоугольной формы. Если же на детекторы поступит речевой сигнал, то на входах ограничителей окажутся колебания сложной формы. В результате переходы нуля в выходных сигналах будут нерегулярными.
Если пороги ограничителей подобраны так, что они всего на несколько децибел ниже ожидаемого на выходе полосовых фильтров уровня сигнала прямоугольной формы, то речевой сигнал, производящий колебания сложной формы на выходах ограничителей, не вызовет превышения порога точно в двух из восьми каналов, что соответствовало бы передаче цифры. Таким образом, динамический диапазон и степень речевой развязки зависят от работы ограничителя и точности установки порога в каналах выделения тональных сигналов. Фирмой Ве11 1 аЬога1ог1ез на основе программируемого процессора цифровых сигналов разработан цифровой вариант тастатурного приемника вызовов.
Процессор представляет собой мультиплексируемый 128-секционный цифровой фильтр второго порядка. Кроме того, процессор выполняет масштабирование и такие нелинейные операции, как ограничение и выпрямление, задаваемые программой, которая содержит также коэффициенты для 128 секций фильтра. На рис. 1.6 показана блок-схема одной секции второго порядка этого процессора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
