Дискретизация по времени и квантования

Формирование цифрового сигнала из аналогового предусматривает последовательное выполнение трех основных операций:

- дискретизацию аналогового сигнала по времени, в результате чего формируется импульсный сигнал, промодулированный по амплитуде, т.е. АИМ сигнал;

- квантование АИМ сигнала по уровню;

- кодирование отсчетов АИМ сигнала.

В цифровых системах передачи (ЦСП) формируется групповой цифровой сигнал, иначе называемый сигналом импульсно-кодовой модуляции (ИКМ сигналом). При формировании группового сигнала добавляется еще одна операция: перед квантованием по уровню производится объединение индивидуальных АИМ сигналов (рисунок 8.5.)

Рисунок 21.1 - Схема преобразования аналогового сигнала

в цифровой ИКМ сигнал

В ЦСП соответствующие операции обработки производятся отдельными устройствами. Операции квантования и кодирования в ЦСП обычно объединяют в одном устройстве.

В процессе формирования АИМ сигнала осуществляется дискретизация непрерывного сигнала во времени в соответствии с известной теоремой дискретизации (теоремой В.А. Котельникова): любой непрерывный сигнал, ограниченный по спектру верхней частотой F_в полностью определяется последовательностью своих дискретных отсчетов, взятых через промежуток времени T _д =1/2 F _в называемой периодом дискретизации. В соответствии с ним частота дискретизации, т.е. следования дискретных отсчетов, выбирается из условия F _д ≥2 F _в.

В процессе квантования по уровню значение каждого АИМ отсчета заменяется ближайшим разрешенным значением.

Характеристиками квантующего устройства являются:

- число уровней квантования N _{к в};

- шаг квантования - разность между двумя соседними разрешенными уровнями;

- напряжение ограничения U _{ог р} – максимальное значение амплитуды отсчета, подвергаемого квантованию.

Если = const, то квантование называют равномерным.

При квантовании возникает так называемый шум квантования, мощность которого определяется выражением P _ш.кв = ² /12. защищенность от шумов квантования определяется как А_з.кв=10 lg (P _с / P _ш.кв) где Р_с - мощность сигнала.

Если входное напряжение выше порогового, на входе квантователя формируются отсчеты с амплитудой U _огр. Такой режим работы квантователя называется перегрузкой. При этом возникают шумы ограничения, мощность которых значительно превышает мощность шумов квантования. Необходимо применять специальные меры, предотвращающие перегрузку квантователя.