Дискретизация сигналов во времени

Дискретизация сигналов 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 (рисунок 22,а).

Рисунок 22 – Последовательность прямоугольных импульсов (а)

и их спектральный состав с различными К_ск (б).

То, что в качестве переносчика применяются последовательности прямоугольных импульсов, определено простотой их генерации и обработки.

Реальные импульсы имеют конечную длительность τ_и. Удобно для характеристики таких последовательностей использовать коэффициент скважности (скважность) К_ск = Т₀ /τ_и, где Т₀ – период следования импульсов (Т₀ = 1/f₀). Спектр переносчика состоит из постоянной составляющей и гармоник частоты f₀, причем гармоники с номерами, кратными К_ск, отсутствуют.

На рисунке 22,б показаны частотные составляющие импульсных последовательностей со скважностями 10, 4, 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 (рисунок 23,а). Такая амплитудно-импульсная модуляция (рисунок 23,б) называется АИМ-1 (АИМ первого рода).

Рисунок 23 – Виды амплитудно-импульсной модуляции:

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

При АИМ-1 возникают проблемы дальнейшей обработки сигнала из-за неопределенности величины амплитуды импульса. Поэтому применяется АИМ-2 (АИМ второго рода), при которой отсчет берется в какой-либо точке прохождения импульса и его значение удерживается в течение некоторого времени.

На рисунке 23,в показан сигнал АИМ-2, у которого амплитуды импульсов соответствуют мгновенным значениям исходного сигнала, взятых в моменты возникновения импульсов переносчика. Здесь показано, что длительности импульсов равны длительностям импульсов переносчика, но, в общем случае, могут от них отличаться.

На рисунке 24 показаны спектры АИМ сигналов при выполнении и не выполнении условия выбора частоты дискретизации по теореме Котельникова.

Рисунок 24 – Спектры АИМ сигнала для случаев выполнения (а)

и нарушения (б) условия теоремы Котельникова

Из рисунке 24,а следует, что при выполнении условия, на приеме выделение спектра исходного сигнала из спектра АИМ сигнала с помощью ФНЧ вполне возможно. Если условия выбора частоты нарушены, то, как видно на рисунке 24,б, спектр исходного сигнала перекрывается со спектром нижней боковой полосы частот при первой гармонике f₀. При этом восстановление исходного сигнала сопровождается помехой, аналогичной при нелинейных искажениях в канале.

Операция дискретизации должна предусматривать преобразование сигнала АИМ-1 в АИМ-2. Такой преобразователь может состоять из электронного ключа К, накопительного конденсатора С, входного усилителя с малым выходным сопротивлением (R_вых→ 0) и выходного усилителя с высоким входным сопротивлением (R_вх → ∞). Функциональная схема такого преобразователя показана на рисунке 25, а диаграммы его работы на рисунке 26.

Рисунок 25 – Схема преобразователя АИМ-1 в АИМ-2

Рисунок 26 - Диаграммы работы преобразователя АИМ-1 в АИМ-2:

а – импульсы АИМ-1 на входе; б – формирование выходного

импульса АИМ-2

При прохождении очередного импульса АИМ-1 осуществляется его стробирование – в течение короткого времени τ_стр ключ К преобразователя замыкается и конденсатор С заряжается (см. рисунок 25) до напряжения, которое имел импульс АИМ-1 к моменту размыкания ключа. Далее это напряжение удерживается неизменным до момента следующего стробирования, когда происходит перезаряд конденсатора до значения следующего отсчета и так далее. Таким образом, формируется последовательность импульсов АИМ-2 с плоскими вершинами. Постоянная времени заряда конденсатора τ_з = R_выхС должна быть как можно меньше, иначе из-за неполного перезаряда будут возникать взаимные влияния между соседними импульсами. В случае, если сигнал АИМ-1 групповой, эти влияния будут приводить к внятным переходным помехам между каналами. Постоянная времени разряда, равная τ_р = R_вхС, напротив, выбирается достаточно большой, чтобы конденсатор не успел заметно разрядиться за период между моментами стробирования. Это условие гарантирует плоскую вершину импульса АИМ-2, что необходимо для нормального проведения последующей операции – кодирования.

Дата добавления: 2014-09-10; просмотров: 1113; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!