$Математика$	Основы радиоэлектроники и связи
6. Дискретная обработка сигналов : 6.1. Дискретизация аналоговых сигналов

6.1.1 Структурная схема цифровой обработки сигналов

Настоящее время характеризуется быстрым развитием дискретных и цифровых систем управления и систем передачи информации, в которых широко применяется математическое моделирование на ЭВМ процессов обработки сигналов, называемое цифровой фильтрацией.

Цифровые фильтры имеют высокую надежность характеристик, недостижимую в аналоговых фильтрах. При использовании цифровой обработки аналоговый сигнал должен быть сначала преобразован в цифровой с помощью таких операций, как дискретизация по времени и дискретизация по уровню (квантование). После обработки с помощью цифровых фильтров, цифровой сигнал преобразуется снова в аналоговый. Таким образом, структурную схему цифровой обработки аналогового сигнала можно представить в следующем виде (рис.1):

Рис. 1

Блоки дискретизации по времени и квантования по уровню образуют аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Дискретизация осуществляется с помощью специального ключа, работающего с периодом Т от опорного высокостабильного генератора. На выходе ключа из аналогового сигнала образуется последовательность коротких импульсов с амплитудами, равными сигналу s(t) в момент отсчета. При квантовании по уровню каждый отсчет измеряется и преобразуется в кодовое слово – двоичное число, составленное из n разрядов, каждый из которых представлен нулем или единицей (например, паузой или стандартным импульсом). Число уровней квантования равно 2ⁿ. Цифровой фильтр представляет собой вычислительное устройство, в котором над кодовыми словами производят определенные математические операции, соответствующие заданному алгоритму. На рис.2 показаны временные функции сигналов в соответствующих точках структурной схемы.

Исходный аналоговый сигнал.

Последовательность прямоугольных импульсов с периодом Т, амплитуды которых равны значению аналогового сигнала в момент отсчета.

Цифровой сигнал, представляющий собой набор кодовых символов, соответствующих системе пердставления чисел.

Цифровой сигнал после цифрового фильтра.

Сигнал на выходе ЦАП имеет вид ступенек, амплитуды которых пропрциональны соответствующим значениям цифрового сигнала.

Сигнал на выходе сглаживающего аналогового фильтра.

Рис. 2

Перечисленные выше преобразования, производимые над каждым отсчетом входного сигнала, должны выполняться за время, меньшее шага Т; кроме того, должна обеспечиваться строгая синхронность управления всеми блоками, что приводит к необходимости применения сложной системы синхронизации.

Дискретизацию по времени может осуществлять устройство, на один вход которого подается аналоговый сигнал, а на второй – последовательность тактовых импульсов с периодом повторения Т.

Тактовая частота цифрового фильтра должна быть кратна частоте дискретизации по времени . Сигнал s_2,ц(nT), обработанный по заданному алгоритму, с выхода цифрового фильтра поступает на цифро-аналоговый преобразователь, где преобразуется в ступенчатый сигнал, который затем сглаживается аналоговым фильтром, образуя выходной аналоговый сигнал.

В цифровых системах передачи информации сигнал с выхода приемника снимается непосредственно в цифровой форме. При этом отпадает необходимость в блоках АЦП. В ряде случаев потребитель информации также использует обработанный сигнал в цифровой форме. При этом отпадает необходимость в цифро-аналоговом преобразователе.