Главная Обратная связь Поможем написать вашу работу!

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






ПЕРЕДАЧА АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ



 

Результатом проектирования подсистемы являются следующие ее параметры, приведение окончательных и промежуточных значений которых является обязательным:

fд - частота дискретизации преобразуемых сигналов или частота повторения кодовых слов (кодовых групп);

m - число битов в кодовом слове на выходе АЦП;

Uогр - напряжение, соответствующее порогу ограничения квантующей характеристики;

аш(р) - зависимость помехозащищенности передаваемых сигналов от их уровня в диапазоне от дБ до дБ;

Рш.н - уровень шумов на выходе незанятого телефонного канала (или канала вещания) ТНОУ.

 

 

1.1 Расчет fд

 

Частота дискретизации должна быть выбрана так, чтобы исходный сигнал мог быть выделен в неискаженном виде из спектра дискретизированного сигнала. Поэтому расчет заключается в выборе такого значения частоты дискретизации, чтобы:

- спектр исходного сигнала не перекрывался боковыми спектрами при частоте дискретизации и ее гармониках;

- ширина защитного интервала между спектральными составляющими исходного сигнала и ближайшими к ним составляющими боковых полос была бы не меньше D fф.

Проверку правильности выбора частоты дискретизации рекомендуется произвести построением спектра дискретизированного сигнала.

Так, например, при

fн= 100 кГц, fв= 160 кГц и D fф = 2 кГц

в соответствии со сказанным можно принять:

161 кГц £ fд £ 198 кГц или fд ³322 кГц .

Следовательно, минимальное значение частоты дискретизации равно 161 кГц.

В пояснительной записке указываются минимальное значение частоты дискретизации и пределы его возможного изменения (по аналогии с вышеприведенным).

 

1.2. Расчет m и зависимости aш(р) для телефонного канала и канала вещания

 

При проведении всех расчетов значение частоты дискретизации следует принять равным минимальному. Окончательный выбор значения частоты дискретизации производится при разработке цикла системы. Расчет рекомендуется выполнять в следующем порядке.

 

Расчет D1 по допустимому уровню шумов в незанятом канале



 

Шумы на выходе канала складываются из шумов квантования и шумов из-за погрешности изготовления. Мощность шумов в ТНОУ равна

 

,

где D f = fв - fн , - множитель, учитывающий попадание в полосу частот канала только спектральных составляющих шума при их равномерном распределении в интервале, равном половине частоты дискретизации.

Известно, что средний квадрат ошибки квантования в незанятом канале равен .

Тогда мощность шумов квантования на выходе незанятого канала в интервале, равном половине частоты дискретизации, может быть рассчитана по формуле

 

.

 

Для проектируемых каналов R = 600 Ом. С другой стороны, в соответствии с исходными данными мощность шумов в незанятом канале не должна быть больше, чем

Pш.н = 100,1 . Рш.и, мВт.

Отсюда следует, что

 

,

где Pш.н , Рш.и - должны быть выражены в ваттах, тогда шаг квантования будет иметь размерность в вольтах.

 

Расчет D1 по допустимой защищенности сигналов от шумов на выходе канала

 

Пиковые значения сигналов наиболее низкого уровня сравнимы обычно с U1.Можно считать, что передача таких сигналов осуществляется при их линейном квантовании, и мощность шумов на выходе канала в ТНОУ равна

 

.

 

Защищенность сигнала от этих шумов

 

 

не должна превышать значение номинальной защищенности (табл. 2). Это может иметь место только при



 

.

 

Из двух рассчитанных предельных значений шагов квантования в первом сегменте(расчет по уровню шумов в незанятом канале и расчет по защищенности сигналов от шумов) для дальнейших расчетов следует принять наименьшее предельное значение D1.

 

Расчет порога ограничения

 

Известно, что ошибки квантования резко возрастают и соответственно этому падает защищенность сигнала от шумов, когда мгновенные значения преобразуемого сигнала попадают в зону ограничения квантующей характеристики. Поэтому в системе следует принимать напряжение ограничения таким, чтобы при наивысшем уровне преобразуемого сигнала мгновенные значения сигнала превышали напряжение ограничения крайне редко. Пикфактор сигнала (отношение пикового значения сигнала к его эффективному или к среднеквадратическому значению) в данном случае при нормальном распределении вероятностей мгновенных значений может быть принят равным 4,0. А так как эффективное напряжение сигнала наиболее высокого уровня равно

 

,

то

Uогр = 4 . Uэфф.2.

 

Расчет m

 

Из пояснений к табл. 3 следует

 

,

 

тогда количество битов в кодовом слове может быть рассчитано по формуле

 

.

 

В формулу следует подставить наименьшее значение шага квантования в первом сегменте из двух, полученных выше. Если значение количества битов в кодовом слове окажется дробным, то его следует округлить, увеличив до ближайшего целого (число битов в кодовом слове не может быть дробным). При округлении соответственно уменьшается значение шага квантования в первом сегменте. Значение напряжения ограничения остается без изменения. После вычисления количества битов в кодовом слове следует по данным табл. 3, значению напряжения ограничения и количеству битов в кодовом слове рассчитать новое значение шага квантования в первом сегменте, значения шагов квантования в других сегментах и значения напряжений, соответствующих верхним границам сегментов.



Например, если Вам предписано использовать седьмую шкалу квантования и Вами было найдено, что

Uогр = 3,5В, a m = 8, то l =1,75;

(В) =15,6 (мВ);

D2 = 2 . 15,6 = 31,2 (мВ);D3 = 4 . 15,6 = 62,4 (мВ);

1 (В); 2,5 (В).

 

Расчет зависимости aш(р)

 

Необходимо выполнить расчет зависимости защищенности от уровня передаваемого сигнала. Рекомендуется выбрать следующие значения уровней сигнала:

здесь р1 и р2 - данные о динамическом диапазоне из табл. 2. Этим значениям уровней необходимо найти соответствующие значения эффективного напряжения

(В).

В качестве исходных данных при расчете помехозащищенности используются значения Рш.и , fн, fв,

приведенные в табл. 3 и в пояснениях к ней, и значения fД , Uогр, m , D1 , D2, ..., U1, U2 найденные в процессе проектирования АЦП.

Известно, что в системах с линейными шкалами квантования при идеально точном выполнении всех ее узлов шумы в каналах имеют две основные составляющие:

шумы, возникающие при попадании мгновенных значений преобразуемого сигнала в зону квантования;

шумы, возникающие при превышении мгновенными значениями порога ограничения.

Средняя мощность шумов в таких системах равна

.

При использовании реальных кодеков с сегментными шкалами квантования, например, с трехсегментными, основными составляющими шумов являются:

- шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зону сегмента 1; вероятность этого события обозначим W1;

- так как в пределах сегмента шаг постоянен и равен D1, средняя мощность этой части шумов равна

;

- шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зоны сегментов 2 и 3; соответствующие значения средних мощностей шумов равны

; ;

- шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зону ограничения квантующей характеристики; средняя мощность этих шумов равна

;

- шумы, вызванные погрешностями изготовления цифровых узлов; средняя мощность этой части шумов равна

.

Таким образом, полная мощность шумов на выходе канала в ТНОУ при передаче сигнала в случае использования трехсегментной шкалы квантования, приведенной на рис. 1, равна

.

Входящие в формулу значения полностью определяются W1,W2, W3, D2огр полностью определяются w(U), U1, U2, Uогр , т.е. значением плотности распределения вероятностей мгновенных значений входного сигнала и параметрами шкалы квантования:

; ; ;

.

Нетрудно убедиться, что при нормальном распределении вероятностей мгновенных значений сигнала, среднеквадратическое значение которых

UC = Uэфф.с ,

вероятность попадания преобразуемых мгновенных значений сигнала в один сегмент может быть рассчитана по формуле

,

где - интеграл вероятностей, значения которого приведены в таблице приложения.

Ошибка ограничения может быть приблизительно рассчитана по формуле

.

Приведенные формулы рекомендуется использовать при проектировании подсистемы аналого-цифрового преобразования с трехсегментными шкалами квантования. При применении шкал с другим числом сегментов соответственно изменяется число слагаемых в формуле для расчета полной мощности шумов на выходе канала.

 

 

Расчет защищенности сигналов от шумов выполняется в следующем порядке:

 

Расчет W1,W2, W3, D2огр для конкретного значения UC при известных величинах w(U), U1, U2, Uогр .

Расчет Рш.

 

Расчет помехозащищенности по формуле .

Рассчитанные значения помехозащищенности следует сравнить с минимально допустимым или номинальным значением помехозащищенности, приведенным в табл. 2. Результат проектирования удовлетворяет предъявляемым требованиям, если в заданном динамическом диапазоне обеспечивается

аш ³ ан.

Проектирование считается выполненным правильно, если принятая разрядность кода является минимально допустимой. График зависимости помехозащищенности от уровней передаваемого сигнала должен быть приведен в пояснительной записке к проекту. Кроме того, необходимо рассчитать и уровень шумов в незанятом канале, используя окончательное значение шага квантования в первом сегменте.

 

1.3. Расчет m для широкополосных каналов

 

Особенностями, отличающими этот расчет от расчета для телефонных каналов, являются:

наличие единственного ограничения в отношении качества передачи, а именно, при передаче сигналов в заданном динамическом диапазоне ожидаемая помехозащищенность должна быть больше номинальной или допустимой;

более узкий динамический диапазон, для которого нормируется помехозащищенность;

более высокие требования к значению номинальной помехозащищенности передаваемых сигналов.

Следствием действия последних двух факторов является необходимость более точного расчета напряжения ограничения. Расчет числа битов в кодовом слове предлагается выполнить в следующем порядке.

 

Расчет D1

 

Выполняется по допустимой защищенности сигнала от шумов указаниям раздела 1.2.

 

Расчет Uогр

 

Известно, что составляющими шума на выходе канала являются:

шумы, вызванные ошибками квантования при передаче отсчетов сигнала, попадающих в зоны сегментов 1, 2, … квантующей характеристики;

шумы, возникающие из-за наличия зон ограничения квантующей характеристики;

шумы, вызванные погрешностями изготовления цифровых узлов.

Минимальному значению числа битов в кодовом слове соответствует такое значение напряжения ограничения, при котором шумы второй группы примерно равны шумам первой, когда уровень сигнала наибольший, т.е. при Pc = P2 должно обеспечиваться

,

где -мощность шумов из-за зон ограничения;

Pш2 = 100,1 . (р2 -ан) . 10-3(Вт) - предельно допустимая мощность шумов на выходе канала в ТНОУ.

Ошибка ограничения в данном случае равна

.

Подставляя это значение в вышеприведенную формулу, после некоторых преобразований получим

 

.

Формула пригодна для нахождения отношения напряжения ограничения и эффективного напряжения, соответствующего верхней границе динамического диапазона сигнала, методом итераций или методом последовательных приближений. В качестве начального значения рекомендуется принять

= 4.

Расчет рекомендуется закончить, когда полученные величины будут отличаться только во второй цифре после запятой. Найденное отношение позволяет определить величину напряжения ограничения

(В).

Расчет m и aш(р)

 

Расчет количества битов в кодовом слове и возможная его коррекция выполняется по указаниям подразд. 1.2. График зависимости помехозащищенности от уровня передаваемых сигналов должен быть приведен в пояснительной записке.

 


Просмотров 611

Эта страница нарушает авторские права




allrefrs.ru - 2021 год. Все права принадлежат их авторам!