Кодирование спектра сигнала

При кодировании спектра используются особенности слуха человека: нечувствительность к фазовым сдвигам спектральных компонент и к компонентам, слабым по сравнению с соседними по частоте сильными компонентами.

В канал передаются текущие значения амплитуд спектральных составляющих сигнала. Гармоники с амплитудами ниже порога слышимости, зависящего от уровня соседних гармоник, не кодируются.

Ширина частотных полос, частоты дискретизации и разрядности двоичных чисел, представляющих отсчеты огибающих в полосах, могут быть разными. Обычное число разрядов – 3…5 бит. При частоте дискретизации 50 Гц (характеристики речи сохраняются 20 мс), 16-ти полосах по 200 Гц и разрядности АЦП в 3 бита скорость передачи 50*16*3 = 2,4 кбит/c.

Минимальная скорость передачи, при которой речь правильно воспринимается, составляет 1 кбит/c.

Основные причины искажения сигналов

Интерференция сигналов, приходящих в приемник разными путями, вызывает замирания – случайные изменения уровня и вида принимаемого сигнала. Эти изменения можно считать результатом умножения на случайную передаточную функцию канала, поэтому вносимые каналом искажения называют мультипликативными. При большом временном разбросе многолучевых компонент сигнала в цифровой системе возникают межсимвольные искажения. Канал, в котором вид принимаемого сигнала зависит от принятого ранее сигнала, называют каналом с памятью.

Основные проявления замираний

Замирания огибающей (несущего колебания) – мелкомасштабные и крупномасштабные– изменения амплитуды несущего колебания

Временное рассеяние– искажения огибающей сигнала из-за наложения сигналов, приходящих с разной задержкой по времени.

Доплеровский сдвиг частоты

Временное рассеяние делает ачх неравномерной:

Характеристики замираний

Амплитудные Частотно-селективные

Полоса когерентности – интервал частот, в котором усиление почти одинаковое.

«Время когерентности» Т₀ = 0,5 λ/v – интервал времени, на котором характеристика канала существенно не меняется (в основном из-за перемещения).

Замирания быстрые (T_s > T₀ ) и медленные (T_s < T₀), надо τ_m<< T_s<< Т₀.

Доплеровский сдвиг частоты f_d = vf/c = v/λ, T₀ = 0,5/f_d

Доплеровское «расширение частоты» происходит в результате суммирования многолучевых компонент с разным доплеровским сдвигом.

При суммировании сигналов с противоположными фазами (x, y) незначительное изменение фазы одного сигнала (x, y) может вызвать большой скачок фазы суммарного сигнала (s) и его мгновенной частоты – производной фазы, намного превышающий доплеровский сдвиг.

Средства борьбы с замираниями

Наиболее опасны частотно-селективные и быстрые замирания.

Влияние частотно-селективных замираний ослабляют:

– расширением спектра (если τ_эс < τ_m, то запаздывающий сигнал воспринимается как шум). RAKE – приемник суммирует многолучевые сигналы,

– увеличением длительности символов, превращающим частотно-селективные замирания в амплитудные замирания (например, при модуляции OFDM),

– разнесением (пространственным, угловым, по времени, по частоте). Одновременное появление глубоких замираний в разных сигналах маловероятно,

– выравниванием характеристики канала специальным фильтром – эквалайзером, компенсирующим амплитудно-фазовые искажения в канале. В многолучевом канале цель выравнивания – ослабление межсимвольных искажений.

Влияние быстрых замираний снижают:

– применяя методы модуляции без фазовой синхронизации,

– помехоустойчивое кодирование и чередование,

– многоканальную связь с временным уплотнением, отличающуюся от других способов уплотнения более короткой длительностью символа.

77