§5.3 Джерела спотворень сигналів

В цифрових СПД наявність завад в каналах зв’язку, а також квантування за рівнем та дискретизація в часі аналогових сигналів зумовлюють спотворення інформації не тільки на передаючій, а і на приймальній стороні. При квантуванні вводиться заміна реального значення амплітуди сигналу найближчим квантованим рівнем, що вносить першу помилку в перетворенні, яку ще називають шумами квантування. Величина цього шуму прямопропорційна кількості рівнів квантування. Якщо аналогова величина має межі зміни, які менші динамічного діапазону вхідних кіл перетворювача, але приймають значення на границі динамічного діапазону, то говорять про вихід квантового перетворювача на насичення. Для зменшення похибок, пов’язаних з шумами квантування і виходом на насичення використовуються системи автоматичного регулювання підсилення, що виводить робочу точку в середину динамічного діапазону перетворювача.

Інший вид шумів називають шумами синхронізації. Вони пов’язані з інтерференційними явищами проходження сигналів в окремих вузлах та каналах зв’язку і проявляються у вигляді запізнень або часових зсувів інформаційних сигналів. Для усунення такого типу шумів використовують системи автопідстройки частоти і фази.

Похибки в синхронізації сигналів можуть проявлятися у вигляді додаткової фазової модуляції інформаційного потоку даних. Для стабілізації синхроімпульсів також використовують додаткові фільтри по живленню систем, а також генератори з кварцевою стабілізацією частоти.

Шуми каналу зв’язку в основному приводять до зменшення амплітуди сигналу на вході приймача. Тому їх ще називають пороговим ефектом. При невеликих значеннях цих шумів число похибок також може бути досить малим і одержана інформація добре відтворюється із застосуванням звичайних кодових перевірок (наприклад, на парність). При значних порогових шумах можливі втрати цілих масивів даних, тому для відновлення інформаційного потоку використовують більш досконалі методи (наприклад, матричні перетворення і кодування сигналів).

Фазовий зсув сигналів в каналах зв’язку проявляється у вигляді так званої міжсимвольної інтерференції. Шуми даного типу пов’язані з смугою пропускання сигналу і зі смугою самого сигналу. Якщо ширина смуги каналу значно більша за ширину смуги імпульсу, то такий імпульс спотворюється досить мало. Якщо ці дві ширини одного порядку, то часове спотворення інформаційного сигналу на стороні приймача може перевищувати тривалість тактового імпульсу. Це приводить до накладання двох сусідніх сигналів і, відповідно, до генерування пороговим пристроєм сигналу похибки. Один з методів усунення інтерференції – це підвищення потужності, а відповідно і амплітуди несучих імпульсів. Він не завжди дає позитивний результат, оскільки потребує налаштування порогового пристрою на стороні приймача. В М-арних пристроях використовуються багаторівневі системи квантування, тому величина похибки при багаторівневому квантуванні визначається половиною квантового значення одиничного розряду ().

Критерієм якості квантуючого пристрою є середньоквадратична похибка, яка називається дисперсією. Вона визначається:

Це значення відповідає середній потужності шуму квантування. Типове значення потужності прийнятого сигналу, яке ще називають піковою потужністю визначається:

Таким чином пікове значення потужності на стороні приймача пропорційне квадрату кількості рівнів квантування L. Здатність виявлення сигналу визначається співвідношенням сигнал-шум у вхідному колі приймача. Її еквівалентне значення записується через відношення пікової потужності до середньої: .

В граничному випадку найкраще співвідношення сигнал-шум одержується коли L→∞, що відповідає передачі аналогового сигналу.