ГЛАВА 10. ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Под цифровой обработкой сигналов (ЦОС) понимают операции над дискретными во времени величинами (отсчётами сигналов). Дискретную величину, поступающую на вход устройства ЦОС в момент времени обозначим Дискретную величину, получаемую на выходе устройства ЦОС в момент времени, обозначим

Обычно входные величины поступают на устройство ЦОС и выдаются этим устройством с неизменным шагом Тогда можно написать

Чаще всего является шагом равномерной дискретизации во времени непрерывного сигнала поступающего на обработку.

Сигналы на входе и выходе современных ЦОС дискретны не только во времени (их обычно и называют дискретными), но и по уровню, т.е. являются цифровыми сигналами. Однако в дальнейшем в этой главе (для простоты и наглядности) мы рассмотрим работу ЦОС только с дискретными сигналами и в конце вкратце обсудим погрешности, возникающие в устройствах ЦОС из-за квантования (округления) дискретных сигналов по уровню.

Устройства ЦОС широко внедряются в последние годы в технике связи. Это объясняется тем, что ЦОС имеет ряд существенных преимуществ перед аналоговой обработкой сигналов:

а) достигается значительно более высокая точность обработки сигналов по сложным алгоритмам;

б) возможна гибкая оперативная перестройка алгоритмов обработки сигналов, обеспечиваюшая как создание многорежимных устройств, так и реализацию адаптивных (подстраивающихся) систем;

в) достигается высокая технологичность изготовления устройств ЦОС, связанная с отсутствием необходимости настройки при изготовлении и регулировки при эксплуатации;

г) обеспечивается высокая степень совпадения и повторяемости характеристик реализованных устройств с расчётными характеристиками;

д) существуют большие возможности автоматизации проектирования устройств ЦОС;

е) обеспечиваются высокостабильные эксплуатационные характеристики устройств ЦОС.

На рис. 10.1 дана структурная схема одноканальной системы передачи сообщений (как непрерывных, так и дискретных) с использованием устройств ЦОС на передаче и приёме.

Для отдельных блоков схемы введены следующие обозначения:

Рис. 10.1. Структурная схема системы передачи сообщений с использованием устройств ЦОС

ЦФПС - цифровой формирователь первичного сигнала;

ЦМ - цифровой модулятор;

ЦПФ - цифровой полосовой фильтр;

ЦД - цифровой детектор (демодулятор);

ЦФНЧ - цифровой фильтр нижних частот.

В системах передачи непрерывных сообщений (в том числе и цифровыми методами, см. гл. 8), помимо отмеченных на рис. 10.1 решаются и задачи цифрового компандирования первичного сигнала на входе модулятора (сжатия динамического диапазона) и цифрового экспандирования (расширения динамического диапазона) сигналов на выходе детектора.

Рис. 10.2. Структурная схема линейного стационарного ЦФ

Наиболее широкое применение нашли линейные устройства ЦОС, в которых сигналы входа и выхода связаны линейными соотношениями. Такими являются все фильтры в схеме рис. 10.1, а также в большинстве случаев схемы ЦМ и ЦД, построенные на основе перемножения двух функций. Напомним читателю, что такой метод можно использовать и при получении и детектировании также сигналов ОБП и угловой модуляции (см. § 3.6). В дальнейшем мы коснёмся лишь основ теории линейных стационарных цифровых фильтров (ЛСЦФ, рис. 10.2)