Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Поскольку для построения тастатурного приемника вызовов необходимо иметь лишь 24 из имеющихся 128 секций, процессор позволяет создать пять таких приемников одновременно. На рис. 1.5 рядом с названиями секций фильтра второго порядка в кружках указаны номера этих секций. Эта схема является еще одной иллюстрацией гибкости и возможностей мультиплексирования. Цифровой вариант детектора отличается от аналогового особенно в отношении работы ограничителя и стабильности порога. Наиболее критичным моментом является, видимо, регулировка уровня порога в схеме, следующей за детекторами тональных сигналов.
Слишком низкий порог уменьшает степень речевой развяз- 23 О О О й ЯЪтеРу/а//~Ю семи//// РреРиРущ~я //я/а/у// //нлтгр о о а о а в а 1 а. о а ы =1 сО =1 Е Х Е о а, Х ~ о СЧ сО М сО Е и о а. ~ о о а ~а о о а,„ Я а а, о ж а а ~- о ,Д ~ о ж а, .а. о Е о о ~ а о о о о а. 1 .е- о а а, а Применение ЦОС в системах связи и м СО о =1 о~о Я Е ,"й Ф о а а со о ь. а о С( ~ а. а Х Е Ы сО а о ~ й ,х сО а о о о а, Ы й сО й ж о о х а, о а й о *а '.у юа,~ о 3 а„ Рис, 1,6, Блок-схема программируемого процессора цифровых сигналов, содержа- щего мультиплексируемый цифровой фильтр второго порядка, ки.
Слишком высокий порог приводит к уменьшению ширины полосы фильтров, выделяющих тональные сигналы, и, следовательно, увеличивает чувствительность к частоте сигнала или к смещению частотной характеристики. В цифровом приемнике вызовов нет ни дрейфа уровня порога, ни смещения частотной характеристики, поскольку цифровые вычисления выполняются точно и аккуратно. Динамический диапазон ограничителя зависит от качества аналого-цифрового преобразователя в системе, поскольку ограничение состоит всего лишь в выборе знакового разряда. Системы, выполненные в цифровом виде, являются, как правило, исключительно стабильными и точными.
1.8. Искажения из-за наложения частот, влияние нелинейности Системы, выполненные в цифровом виде, имеют, однако, и свои недостатки, которых нет в подобных аналоговых системах. Нели- 25 24 Применение ЦОС в системах связи 1'лава 1 нейные операции в системах с дискретными данными могут вызывать появление новых спектральных составляющих подобно тому, как это происходит в аналоговых системах.
Но в системах с дискретными данными наблюдаются отображения новых спектральных составляющих, расположенные симметрично относительно частоты дискретизации. Если новые частоты превышают половину частоты дискретизации, они оказываются расположенными в основной полосе. Например, такие нелинейные элементы, как ограничитель илидвухполупериодный выпрямитель, будут создавать новые спектральные составляющие, являющиеся гармониками периодического входного сигнала. В тастатурном приемнике вызовов ограничитель вызывает появление пятой и седьмой гармоник (6680 и 9352 Гц) тонального сигнала на частоте 1336 Гц, которые из-за наложения частот (при частоте дискретизации 8 кГц) приводят к появлению составляющих на частотах 1320 и 1352 Гц. В результате сложения этих составляющих с исходным сигналом на частоте 1336 Гц последний оказывается модулированным по амплитуде с частотой модуляции 16 Гц и глубиной модуляции -17%.
Для того чтобы порог в приемнике по-прежнему удовлетворял требованиям к речевой развязке и ширине полосы фильтра, он должен быть уменьшен в этом канале на 1,4 децибел. Искажения из-за паразиткой модуляции, вызванной нелинейными операциями над отсчетами, присущи всем системам с дискретными данными, и поэтому очень важно понимать их природу, особенно при разработке детекторов. Эти эффекты, названные искажениями из-за наложения частот, очень важно учитывать в детекторах систем связи, где сигналы имеют обычно частоты, близкие к частоте Найквиста (половина частоты дискретизации), и поэтому их гармоники часто выходят за пределы полосы. Алгоритм детектирования хорошо известных и часто используемых в терминалах ЭВМ ЧМ-сигналов (с частотной манипуляцией) типа 103 — 113 показывает, каким образом можно избежать описанных искажений.
Сигналы типа 103 — 113 обеспечивают двустороннюю связь (полный дуплекс): при этом верхняя пара частот (2025 и 2225 Гц) применяется для связи в одном направлении, а нижняя пара частот (1070 и 1270 Гц) — для связи в другом направлении. Детектирование частоты 2025 Гц вызывает затруднения в связи с тем, что ее четвертая гармоника (8100 Гц) отстоит от частоты дискретизации 8 кГц всего на 100 Гц. Если на вход детектора (рис.
1.7), состоящего из пары полосовых фильтров, двухполупериодного выпрямителя, схемы вычитания и фильтра нижних частот, подается синусоидальное колебание с частотой 2025 Гц, то постоянное напряжение на выходе фильтра нижних частот будет иметь пульсации величиной 50% на частоте 100 Гц. На выходе двухполупериодного выпрямителя постоянное напряжение имеет пульсации величиной 13,3%, вызванные эффектом наложения чет- бертой гармоники, но операция вычитания в дискриминаторе уменьшает постоянную составляющую, так что пульсации возрастают до 57%.
Это делает данный цифровой вариант детектора очень чувствительным к уровню порога и, следовательно, непри,емлемым. Второй тип детектора ЧМ-сигналов основан на методе подсчета числа пересечений нуля, при каждом из которых генерируется Рис, 1.7. Построенный на дискриминаторе детектор ЧМ-сигналов, иллюстрирую- щий эффект искажения нз-за наложения частот. импульс стандартной величины.
Эти импульсы усредняются фильтром нижних частот и далее ограничиваются на определенном уровне (~ =2125 Гц), в результате чего получаются метки паузы или посылки. Блок-схема такого детектора показана на рис. 1.8. Появившаяся после ограничения гармоника на частоте 8100 Гц дает на выходе фильтра нижних частот в результате эффекта наложения частот относительно частоты дискретизации 8000 Гц, как и в первой схеме, пульсации с частотой 100 Гц.
Дополнительная нелинейность, связанная с формированием импульсов, затрудняет вычисление величины пульсаций после ограничителя методом Фурье-анализа. Однако такой расчет можно гораздо проще выполнить во временной области. На частоте 2025 Гц на выходе ограничителя пересечения нуля происходят каждые 494 мкс, и если период дискретизации равен 125 мкс, то на каждый период должно было бы быть 3,95 отсчета.
В действительности большую часть времени на один период приходится четыре отсчета, но иногда — только три. Такие периоды с тремя отсчетами следуют через Чыо с и вызывают изменение максимума сигнала на входе фильтра нижних частот на 25%. Этот дополнительный модулирующий сигнал затрудняет детектирование, и, следовательно, такой алгоРитм для детектирования ЧМ-сигналов также не годится. Существует, однако, еще один способ детектирования ЧМ-сигналов с применением элемента задержки сигнала и умножителя-демодулятора; схема детектора показана на рис.
1.9. Если задержка подобрана так, что является нечетко кратной 90' на центральной частоте (2125 Гц), лежащей посредине между частотами посылки и паузы, то сглаженное произведение входного и задер- 27 26 Применение ЦОС в системах связи Глава 1 1.9. Контроль эхо-сигналов Пульсаиии оеличинои ЯХ4 Лоихоони;ий сигнал Цинтральнан ти~ираннан оотанижг жанного сигналов будет положительным для частоты посылок и отрицательным для частоты пауз. Известно, что задержка дискретных сигналов обеспечивается простым запоминанием отсчетов; фазовый сдвиг на 95,6' на частоте 2125 Гц достигается запоминанием только одного отсчета.
Фазовый сдвиг на 5,6', необходимый для выравнивания фазы до 90' на частоте 2125 Гц, легко получить Рис. 1.8. Основанный на методе подсчета пересечений нуля и сглаживании детектор ЧМ-сигналов, иллюстрирующий эффекты искажения из-за наложения частот. с помощью однозвенного фильтра верхних частот, поставленного на втором входе умножителя-демодулятора. Умножитель-демодулятор является нелинейным устройством и, следовательно, источником новых спектральных составляющих, которые могут попасть в основную полосу за счет эффекта наложения частот и создать помехи при детектировании.
Однако произведение синусоидального сигнала и этого же, но задержанного сигнала порождает лишь вторую гармонику, которая в случае ЧМ-сигнала находится в пределах от 4050 до 4430 Гц, что при наложении частот дает соответственно 3950 и 3550 Гц. Эти гармони- Рис. 1.9. Детектор ЧМ-сигналов на основе умножителя-демодулятора, не внося- щий искажений сигнала за счет наложения частот. ки удаляются фильтром нижних частот, поставленным до ограничителя, и поэтому не оказывают влияния на детектирование. Для детектора с умножителем требуется обеспечить больший динамический диапазон ограничителя, чем для детекторов с ограничителем или с выпрямителем, поскольку в данном алгоритме изменение входного сигнала на 15 дБ вызовет изменение сигнала на выходе умножителя-демодулятора на 30 дБ.
К счастью, увеличение динамического диапазона в цифровой системе достигается достаточно просто и дешево добавлением дополнительных разря- дов к базовой длине слова. Таким образом, этот алгоритм детек- тирования является вполне подходящим для построения цифрово- го детектора. Еще одной возможной областью применения цифровой обработки сигналов в телефонии является контроль эхо-сигналов в протяженных линиях передачи. Для экономии линия абонента (т. е. та часть телефонной сети, которая служит для подсоединения каждого абонента к его центральной телефонной станции) делается двухпроводной (т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
