Лекция. Принципы преобразования аналоговых сообщений в цифровую форму

Цель лекции: Понятия о дискретизация по времени. Понятия о квантовании по уровню. Понятия о кодировании

Содержание:

-преобразование сигнала;

- частотные составляющие импульсных последовательностей со скважностями;

- Виды амплитудно-импульсной модуляции;

Аналого-цифровое преобразование (АЦП) сигналов является одной из важнейших составляющих цифровых телекоммуникационных систем. Аналого-цифровое преобразование обычно состоит из нескольких последовательных операций, как показано на рисунке 28.1. Эти операции таковы.

Рисунок 28.1. Аналого-цифровое преобразование сигнала

Дискретизация сигнала во времени реализуется посредством амплитудно-импульсной модуляции — модуляции импульсного переносчика (АИМ). В качестве переносчика используется последовательность прямоугольных импульсов с более или менее стабильной частотой следования f0 (рисунке 4.2,а). Кск =То/τu, где Тo — период следования импульсов То = 1/ f0. По Фурье, спектральный состав такой последовательности равен

На рисунке 28.2 показаны частотные составляющие импульсных последовательностей со скважностями 10, 4 и 2. На практике применяются последовательности со скважностями несколько десятков, что соответствует почти плоской форме огибающей спектра. Простейший амплитудно-импульсный модулятор представляет собой ключ, срабатывающий при прохождении импульса переносчика и пропускающий при этом сигнал на свой выход (рис. 28.3,а,б).

Рисунок 28.2. Последовательность прямоугольных импульсов (а) и спектральный состав таких последовательностей с различными Кск (б)

На рисунке 28.3,в показан сигнал АИМ-2, у которого амплитуды импульсов соответствуют мгновенным значениям исходного сигнала, взятых в моменты возникновения импульсов переносчика. Сумма всех коэффициентов mi равна единице, т.е.

Для двуполярного сигнала имеем

Из формулы следует, что спектр канального сигнала (модулированной импульсной последовательности) будет состоять из спектра исходного сигнала и спектров нижней и верхней боковых полос у каждой составляющей спектра импульсной последовательности, как это показано на рисунке 28.4,а.

Данный анализ справедлив для АИМ-1. для АИМ-2 результат несколько отличен. Это видно из рисунка 28.4,б. По мере увеличения скважности импульсов переносчика, это отличие становится все менее заметным. Однако в некоторых видах оборудования ЦТС на приеме используются амплитудно-модулированные импульсы, с шириной, приближающейся к тактовому интервалу, т.е. с Кск, стремящимся к единице. Этот случай иллюстррует рисунок 28.5.

а – модулятор АИМ-1; б – АИМ-1; в – АИМ-2

Рисунок 28.3. Виды амплитудно-импульсной модуляции

В ЦСП первых поколений применялся однополярный исходный сигнал, поэтому

Рисунок 28.4. Спектры сигналов при АИМ-1(а) и АИМ-2 (б)

Рисунок 28.5. Спектры АИМ-1 и АИМ-2 при Кск, стремящимся к единице

Квантование сигнала по уровню является главной операцией аналого-цифрового преобразования сигнала и заключается в округлении его мгновенных значений до ближайших разрешенных, как это показано на рисунке 28.6.

На нем показан АИМ сигнал, по вертикали отмечены восемь уровней квантования (с 0-го по 7-й). Расстояния между уровнями одинаковые, т.е. имеет место равномерное или линейное квантование, и равны шагу квантования ∆uk

Рисунок 28.6. Возникновение ошибки квантования

Аналого-цифровое преобразование завершается операцией кодирования, которая в данном случае заключается в преобразовании уровней отсчетов непрерывных сигналов в кодовые комбинации. При этом обычно используются равномерные двоичные коды, в которых число кодовых символов или разрядов кодовых комбинаций равно m, а каждый символ может принимать значение 0 или 1.