Повышение эффективности канальных кодеков ЦСП. Классификация методов канального цифрового преобразования, страница 11

Основное влияние на выбор параметров системы ДМ оказывают сигналы с большой амплитудой и большой скоростью изменения. Для уменьшения S_пик используют амплитудную и (или) частотную компрессию, которая может быть применена как к аналоговому, так и к цифровому сигналу.

При аналоговой компрессии вводят предыскажения сигнала на передаче (до схемы вычитания 7 на рис. 14.13) и восстановление сигнала на приеме (обычно после интегратора 5 на рис. 14.12, б). Эти предыскажения осуществляют:

–  по динамическому диапазону (с помощью частотно-независимых компандерных устройств);

–  по частоте, применяя частотно-зависимые линейные цепи;

–  одновременно по динамическому диапазону и частоте.

Частотные предыскажения аналогового сигнала (рис. 14.17) реализуются за счет введения на передающей стороне предыскажающего контура 1, а на приемной — корректирующего контура 5. Остальные блоки — кодер 2, декодер 3 и ФНЧ 4 — образуют классическую (линейную) систему ДМ. Пусть сигнал r(t) имеет вид r(t) = U_msinωt, тогда скорость его изменения равна S(t) = U_mωcosωt. Если уменьшить амплитуду скорости S_m = U_mω, то, как следует из (14.23), можно увеличить T_т = 1/F_т при неизменном значении ОСШ квантования. Уменьшения S_m можно добиться, пропуская r(t) через четырехполюсник с падающей частотной характеристикой K_пр(f), как у интегратора (кривая 1 на рис. 14.18). Очевидно, чтобы восстановить искаженный сигнал r_и(t) до сигнала r(t) на приемной стороне, необходимо поставить четырехполюсник с обратной частотной характеристикой K_кор(f), как у дифференцирующего звена (кривая 2 на рис. 14.18). Предыскажающий и корректирующий (восстанавливающий) четырехполюсники можно подобрать таким образом, чтобы частотная характеристика последовательно включенных интегратора 3 декодера ДМ и корректирующего четырехполюсника 5 в диапазоне частот сигнала r(t) была бы постоянной. Тогда на приемной стороне указанные блоки можно исключить, в результате приемник будет содержать только фильтр нижних частот и усилитель. Предыскажающее устройство остается на передающей стороне (рис. 14.19, а). Дальнейшее упрощение структуры системы ДМ может быть получено путем приведения кодера к схеме, показанной на рис. 14.19, б. Здесь используется очевидное равенство

, где y(t) — разностный сигнал на входе порогового устройства 3.

Такой вариант построения называется системой дельта-сигма-модуляции (ДСМ). Для анализа ДСМ удобнее использовать исходную структуру, показанную на рис. 14.17. Для нее дисперсия шумов квантования с учетом корректирующего контура 5 (дифференцирующего звена) равна

.

Положим для примера, что спектр входного сигнала r(t) равномерный в полосе (F_нс; F_вс): G_r(f) = А. Тогда, поскольку , получим .

После интегратора (предыскажающего контура) 1 искаженный сигнал r_и(t) имеет спектр G_д(f) = G_r(f)K²_пp= A/(2πf)².Соответственно энергетический спектр скорости S_и(t) сигнала r_и(t) равен, как показано ранее, G_s.и(f) = G_r.и(f)(2πf)² = А. Тогда дисперсия и максимальное значение скорости этого сигнала равны:

.

Используя условие перегрузки для сильного сигнала S_пик.и.бТ_т≤ ∆ и подставляя его в формулу для ξ_д², получим выражение для ОСШК, которое совпадает с (14.28). Таким образом, ДСМ для сигнала с равномерным спектром имеет такие же показатели, как и классическая ДМ, но проще в реализации. Для реальных сигналов ДСМ обеспечивает выигрыш ОСШК порядка 2—3 дБ.

Значительно больший эффект достигается за счет компрессии динамического диапазона. Многочисленные варианты такой компрессии можно классифицировать по двум основным признакам:

1)  по какому сигналу — аналоговому или цифровому — осуществляется управление компрессией;

2)  по скорости управления компрессором — инерционное (сравнительно медленное) или мгновенное.