Цифровая обработка сигналов и сигнальные процессоры в системах подвижной радиосвязи

Купить бумажную книгу и читать

Название: Цифровая обработка сигналов и сигнальные процессоры в системах подвижной радиосвязи

Автор: Васюков В.Н.

Издательство: НГТУ

Год: 2006

Страниц: 292

ISBN: 5-7782-0314-4

Формат: PDF

Размер: 2.4 Мб

Язык: русский

Серия: Учебники НГТУ

В учебнике излагаются основы теории цифровой обработки сигналов и вопросы ее применения. Рассмотрены методы анализа дискретных цепей при детерминированных и случайных воздействиях, синтеза и реализации цифровых фильтров, особенности архитектуры сигнальных процессоров и применение цифровой обработки сигналов в системах подвижной радиосвязи и других областях.

Изложение опирается на современный математический аппарат и сопровождается большим количеством примеров и упражнений.

Учебник предназначен для студентов, обучающихся по специальности 201200 – «Средства связи с подвижными объектами» и может быть использован при изучении цифровой обработки сигналов студентами и магистрантами радиотехнических и близких специальностей.

Книга будет полезна инженерам, интересующимся цифровой обработкой сигналов.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие ............................................................................................................... 5

1. ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................... 8

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦОС .......................................................... 11

2.1. Элементарные последовательности ............................................................. 11

2.2. Пространство последовательностей ............................................................. 13

2.3. Базисы пространства последовательностей ................................................ 19

2.4. Последовательности и дискретные цепи ..................................................... 22

2.5. Дискретная свертка и ее свойства ................................................................ 26

2.6. Представление последовательностей полиномами и формальными

рядами............................................................................................................. 29

2.7. z-Преобразование ........................................................................................... 32

2.8. Единичная окружность .................................................................................. 38

2.9. Преобразование Фурье .................................................................................. 40

2.10. Дискретное преобразование Фурье .............................................................. 46

Упражнения ................................................................................................................ 54

Вопросы для самоконтроля ....................................................................................... 55

3. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ И РАЗНОСТНЫЕ УРАВНЕНИЯ ЛИС-

ЦЕПЕЙ .................................................................................................................. 58

3.1. Структура цепи с конечной импульсной характеристикой ....................... 58

3.2. Разностное уравнение КИХ-цепи ................................................................. 60

3.3. Разностное уравнение и структурная схема рекурсивной цепи ................ 62

3.4. Разностное уравнение и структура ЛИС-цепи конечного порядка ........... 67

3.5. Строение импульсной характеристики ЛИС-цепи конечного порядка .... 69

3.6. Комплексная частотная характеристика ЛИС-цепи конечного порядка ..... 76

3.7. Всепропускающие и минимально-фазовые цепи ........................................ 79

3.8. ЛИС-цепи с линейной фазочастотной характеристикой ............................ 81

3.9. Рекурсивная вычислимость ........................................................................... 86

3.10. Описание цепей направленными графами и матричными разностны-

ми уравнениями ............................................................................................. 89

3.11. Формы реализации ЛИС-цепей .................................................................... 95

Упражнения ................................................................................................................ 99

Вопросы для самоконтроля ....................................................................................... 102

4. СЛУЧАЙНЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ И ЛИС-ЦЕПИ ...................... 103

4.1. Стационарные случайные последовательности ............................................ 103

4.2. Воздействие стационарных случайных последовательностей на ЛИС-цепи ..... 107

Упражнения ................................................................................................................ 112

Вопросы для самоконтроля ....................................................................................... 112

5. МНОГОМЕРНЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ И ЛИС-ЦЕПИ ............... 113

5.1. Многомерные последовательности ................................................................ 113

5.2. Многомерные ЛИС-цепи ................................................................................ 118

5.3. Многомерные случайные последовательности и ЛИС-цепи ....................... 125

Упражнения ................................................................................................................ 127

Вопросы для самоконтроля ....................................................................................... 128

6. СИНТЕЗ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ ............................................................... 129

6.1. Взаимосвязь аналоговых, импульсных и дискретных сигналов (спект-

ральные и энергетические соотношения) ....................................................... 129

6.2. Задача синтеза цифрового фильтра как задача аппроксимации .................. 136

6.3. Синтез КИХ-фильтров .................................................................................... 138

6.3.1. Метод взвешивания (метод функций окна) ......................................... 138

6.3.2. Метод частотной выборки ..................................................................... 143

6.3.3. Метод быстрой свертки ......................................................................... 146

6.4. Синтез БИХ-фильтров методом аналого-цифровой трансформации ......... 150

6.4.1. Метод инвариантности импульсной характеристики ......................... 151

6.4.2. Метод билинейного преобразования. ................................................... 156

6.4.3. Частотные преобразования цифровых фильтров ................................ 160

Упражнения ................................................................................................................ 164

Вопросы для самоконтроля ....................................................................................... 164

7. РЕАЛИЗАЦИЯ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ .................................................... 166

7.1. Различия между дискретными и цифровыми цепями .................................. 166

7.2. Дрожание отсчетов (джиттер) ........................................................................ 168

7.3. Представление чисел в цифровых устройствах ............................................ 176

7.4. Эффекты квантования ..................................................................................... 178

7.4.1.Квантование сигналов ............................................................................. 178

7.4.2. Квантование коэффициентов цифрового фильтра .............................. 184

7.4.3. Предельные циклы ................................................................................. 187

7.5. Аппаратурная и программная реализация цифровых фильтров ................ 190

Упражнения ................................................................................................................ 192

Вопросы для самоконтроля ....................................................................................... 193

8. ЦИФРОВОЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ....... 194

8.1. Краткий обзор методов ЦСА .......................................................................... 195

8.2. Периодограммный метод ЦСА ....................................................................... 196

8.3. Коррелограммный метод ЦСА ....................................................................... 199

8.4. Параметрические модели случайных процессов .......................................... 202

8.5. Спектральное оценивание по методу авторегрессии ................................... 206

Упражнения ................................................................................................................ 209

Вопросы для самоконтроля ....................................................................................... 209

9. СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ........................... 211

9.1. Архитектурные особенности сигнальных процессоров ............................... 212

9.2. Средства разработки приложений для сигнальных процессоров ............... 218

9.3. Альтернатива сигнальным процессорам – программируемые логичес-

кие интегральные схемы .................................................................................. 220

Вопросы для самоконтроля ....................................................................................... 222

10. ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА ВРЕМЕННЫХ И ПРОСТРАНСТВЕН-

НО-ВРЕМЕННЫХ СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ ПОДВИЖНОЙ

РАДИОСВЯЗИ ................................................................................................... 223

10.1. Цифровая согласованная фильтрация .......................................................... 223

10.2. Интерполяция и децимация дискретных сигналов ..................................... 226

10.3. Перенос спектра дискретного сигнала ......................................................... 229

10.4. Формирование сигнала с одной боковой полосой ...................................... 230

10.5. Цифровая демодуляция сигналов ................................................................. 231

10.6. Цифровая обработка пространственно-временных сигналов .................... 232

10.7. Цифровая обработка речевых сигналов ....................................................... 238

10.7.1. Модели речевых сигналов ................................................................... 238

10.7.2. Кратковременное преобразование Фурье .......................................... 241

10.7.3. Принцип действия вокодера ................................................................ 243

10.7.4. Гомоморфная обработка речевых сигналов ....................................... 245

10.8. Цифровая обработка сигналов в системах сотовой связи .......................... 247

Вопросы для самоконтроля ....................................................................................... 255

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .......................................................................................................... 256

Приложение 1. Основные сведения из теории функций комплексного

переменного ................................................................................... 257

Приложение 2. Свойства z-преобразования ............................................................ 260

Приложение 3. Прямое и обратное ДПФ ................................................................. 269

Приложение 4. Структура КИХ-цепи на основе интерполяционной форму-

лы Лагранжа ................................................................................... 270

Приложение 5. Быстрое преобразование Фурье ..................................................... 272

Приложение 6. Фильтры-прототипы и частотные преобразования ...................... 277

Приложение 7. Дискретное преобразование Гильберта......................................... 282

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ ..................................................... 285

ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................... 287