Фомин Н.Н., Буга Н.Н., Головин О.В. и др. Радиоприемные устройства. Под ред. Н.Н.Фомина (2007) (1095358), страница 61
Текст из файла (страница 61)
обсснсчивающую как создание многорежимных устройств, гак и реалишцию адшнивных систем; в>лсокук»схиопоги несть изготовления устройств ЦОС, связанну>о с отсу>сгвисм необходимости настройки при изготовлении и регулировки нри >ксгпуатации; высокук> сгспснь соигвдсния и повторяемости характеристик реализованных устройств с расчетными характеристиками; возмо>кность построения развивающихся интеллектуальных систем, снособных к реконфигурации, поиску и обнару>кению неиспраш юс > ей; болынис возмохаюсги автоматизации проектирования устройств с ЦОС. высокостабильныс зксплуатационныс характеристики устройств с ЦОС. ') > и прои мущсства нозволяк>т применять цифровую обработку си~ >илов во многих радионрисмных устройствах. Радиоприеиные устройства с цифровой обработкой сигналов 305 7.2. ПРОЦЕССЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ ПРИ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКЕ хн (О АИФ Рис.
7.1 Процессы цифровой обработки аналоговых сигналов в радио- приемных устройствах состоят из нескольких этапов, которые представлены в виде структурной схемы на рис.7.1. Схема содержит следующие последовательно соединенные устройства; аналоговый фильтр (АФ), устройство выборки-хранения (УВХ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровое вычислительное устройство (ЦВУ), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), аналоговый интерполяционный фильтр (АИФ). На рис. 7.2 приведена структурная схема преобразования аналогового сигнала в цифровую форму, которая отражает преобразование аналогового сигнала х(1) в последовательность чисел в двоичном коде х(л), следующих с периодом дискретизации 7, на выходе АЦП.
Это преобразование включает следующие этапы: дискретизация во времени, квантование по уровню, кодирование. На рис. 7.2 х(7) — входной аналоговый сигнал; х,(Г) — сигнал на выходе устройства выборки; х„(г) — сигнал на выходе устройства выборки-хранения; х„„ — квантованной по уровню сигнал на выходе; 17(7) — сигнал выборки, представляющий последовательность коротких прямоугольных импульсов, у ах лцп Рис. 7.2 ГЛЛВЛ7 306 сц 01 Рис. 7.3 Задачей УВХ является определение мгновенного значения входного сигнала в момент отсчета и фиксация этого значения на время, необходимое для преобразования его в число.
Такое преобразование получило название дискрепшзации. Дискретизация — это преобразование аналогового сигнала, непрерывного по уровню и во времени, в сигнал, непрерывный по уровню, но дискретный во времени. Под дискретностью во времени понимается тот факт, что полученный в результате этого преобразования дискретизированный сигнал изменяется по уровню в соответствии с аналоговым сигналом лишь в определенные моменты времени.
Обычно подразумевается, что эти моменты следуют через постоянный временной интервал 7м называемый периодом дискретизации. Для описания дискретизированных сигналов используются различные функции. На рис. 7.3 изображены временные диаграммы аналогового сигнала (а) и дискретизированных сигналов, пред- Радиоприемные устройства с цифровой обработкой сигналов 307 ставленных решетчатой функцией (б), ступенчатой функцией (в), последовательностью взвешенных дельта-функций (г) и последо- вательностью прямоугольных импульсов (д). При представлении дискретизированного сигнала решетчатой функцией этот сигнал равен аналоговому в ~очках отсчета и равен нулю во всех других точках. Ступенчатая функция получается из решетчатой проведением через ее ординаты отрезков прямых на интервале Т„параллельных оси абсцисс.
Площадь взвешенных дельта-функций равна значению аналогового сигнала в точках от- счета. Интегрирование этих функций на интервалах Т, дает сту- пенчатую функцию. Высота прямоугольных импульсов равна значению аналого- вого сигнала в точках отсчета. При длительности импульсов /„= Т, последовательность прямоугольных импульсов превращается в ступенчатую функцию, а при /к — +0 — в решетчатую. В основе дискретизации лежи~ теорема отсчетов Котельнико- ва и теория модуляции. Из рис.
7.2. видно, что преобразование аналогового сигнала в дискретизированный происходит в два эта- па: выборка и хранение. Представим изображенный на рис. 7.2. сигнал выборки /г(с) рядом Фурье. Дяя прямоугольных импульсов амплитуды (/с, дли- тельности /„ и периода следования Т, получим [31: (/,с„ ~ /т(/)= ' " 1+22.япс(/ся/,Г,соз(йи,с)), Т, яп/ся/,Р; где япс(йи„л",) = ' ', /с=1, 2, 3, ..., л"„= — — частота /с я/„Е; дискретизации,озк = 2ял,. Тогда на выходе перемножителя в УВХ сигнал (/,/„~ х,(С) с х(/)'гУ(/) = — '" х(/) +2х(С) 1 з/пс(/сп/,Е„)соз/созе С . (7.1) 1.
=.1 Если входному сигналу х(/) соответствует спектр 5(и), то ка- ждому произведению 2х(/) соз /ссз,/ соответствует спектр 5(оз— — Асс„) + 5(оз + /соза). Тогда с учетом того, что спектр суммы равен сумме спектров и япс(0) =1, спектр сигнала х„(/) определится из выражения: (/01„ 5 (Оэ) = 0 в ХБ1пс(1)я! Е )5(щ — /ссз ). (7.2) Л Из (7.2) следует, что спектр на выходе устройства выборки представляет собой сумму спектров входного сигнала, бесконечно повторяющихся через частотный интервал со, вправо и влево от глава 7 308 исходного спектра о(аз) с весовым множителем з)пс(И41„Е;). Таким образом в результате выборки происходит размно>кение спектра входного сигнала.
Определенный интерес представляет так называемое идеальное устройство выборки, у которого время выборки 1, = О, а произведение (7ь(, =1. Иначе ~оворя, сигнал выборки у него представляет последовательность дельта-функций, следующих с периодом 7„'. Спектр таких импульсов также представляет последовательность дельта-функций через частотный интервал Е,. Подставляя соотношение ~,= 0 и (4(,=1 в (7.2.), получим вырамсение для спектра сигнала на выходе идеального устройства выборки: 1 5„, (аз) = — 2. 5(ьз — lс ьэ„).
7, я=-- (7.3) Из (7.3) следуе~. что на выходе идеального устройства выборки спектр представляет сумму спектров входного сигнала, бесконечно повторяющихся через частотный интервал оэ, вправо и влево ог исходного спектра 5(га). Дискретизации могут подвергаться сигналы двух видов. Первый вид сигнала х(!) — низкочастотный, спектр которого в основном сосредоточен в интервале от 0 до 0,5ез„второй — радиочастотный, спектр которого в основном сосредоточен выше частоты 0,5го,.
Второй случай характерен для приемников, в которых цифровая обработка осуществляется на промежуточной частоте. На рис. 7.4 изображены спектры различных входных аналоговых сигналов (а, б, в, г), спектр сигнала выборки в виде последовательности дельта-функций (д) и спектры идеально дискретизированных сигналов (е, ж, з, и). Из рисунка видно, что при ширине исходного спектра П, удовлетворяющего теореме Котельникова ( П < 0,5Р;), и при несовпадении гармоник )гР; сигнала выборки со спектром входного сигнала участки спектра сигнала на выходе идеального устройства выборки не перекрываются (рис.
7.4, е, и). В обратном случае возникают наложения участков спектров друг на друга (рис. 7.4, лс, з). При цифровой обработке сигналов важнейшим является участок спектра, находящийся в низкочастотном интервале от 0 до 0,5 со,, Указанный участок спектра полностью описывает спектр сигнала т„(1), поэтому ему дано особое название — приведенный спеюпр. Как следует из (7.2), приведенный спектр есть сумма участков исходного спектра Ь(ез) шириной 0.5ьэ„умноженных на весовую Ралиоприемные устройства с цифровой обработкой сигналов 309 сэ жу Рис. 7.4 функцию з1пс(/г,(/с/„г",) и перенесенных в низкочастотный интервал.
Здесь /г. — это номер гармоники сигнала выборки, которая осуществляет перенос участка спектра б(ат) шириной 0,5го, в низкочастотный интервал. Это число определяется из условия ~ ш — /:„го, ~ < 0,5ш„, откуда получим формулу для определения цело~о числа /г„: го — — 0,5 < /г„< — е 0,5. го На рис. 7.5 показана последовательность получения приведенного спектра широкополосного радиочастотного сигнала: исходный спектр (а), весовая функция ьзпс(/г,(/с/,г,) при длительности выборки г„= 0,5Т, (б), помноженный на весовую функцию исходный спектр (в) и приведенный спектр (г) с указанием номеров участков исходного спектра.
Спектр (г) получается в результате свертки «гармошкой» спектра (в), пунктиром показаны линии перегиба рисунка при свертке. гллвА2 5«О «в «>> «ш«ля«,«12 в гг М Я(/' о Рис. 7.5 При несовпадении гармоник (г„о, с исходным спектром о(е>) н выполнении условия П < 2Г„приведенный спектр с точностью до множителя з(пс(l «Ц,>„Г,) соответствует исходному спектру без инверсии или с инверсией. В противном случае имеет место пало>кение участков спектра 5(о>) друг на друга в приведенном спектре (рис. 7.5, г). В зависимости от режима работы устройства хранения в УВХ они подразделяются на следящие и интегрирующие.
В следящем УВХ устройство хранения безынерционно к сигналу х,(2) на его входе во время выборки >„и абсолютно инерционно во время хранения й„. Иначе говоря, в этом режиме сигнал на выходе устройства хранения (Хр) повторяет входной сигнал х,(1) во время выборки 2, и остаетсЯ неизменным в течение вРемени хРанениЯ ~ч,. УРовень этого неизменного сигнала равен значению сигнала х„(Г) в момент окончания выборки. В интегрирующем УВХ устройство хранения интегрирует входной сигнал за время выборки г, и хранит без изменения результат интегрирования в течение времени 2„,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
