Digital signalbehandling – inledning

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

1) Kort sammanfattning: Ett blockschema visar en linjär signalkedja från en antennsymbol via två märkta block och ett block ”Digitale Signal- verarbeitung” (digital signalbehandling) till en högtalarsymbol.

2) Detaljerad beskrivning: Längst till vänster står en antennsymbol; därifrån leder en vågrät linje med pil åt höger till ett kvadratiskt block med diagonal skiljelinje (från nere till vänster till uppe till höger), märkt uppe till vänster med ”A” och nere till höger med ”D”. En ytterligare pil åt höger leder till ett rektangulärt block med tvåradig text: första raden ”Digitale Signal-”, andra raden ”verarbeitung”. Till höger om det följer, förbundet med en pil, ett ytterligare kvadratiskt block med diagonal skiljelinje; uppe till vänster står ”D”, nere till höger ”A”. En pil pekar vidare åt höger mot en högtalarsymbol (en smal rektangel med en åt höger öppnad, triangelformad ljudöppning). Alla pilar pekar åt höger; elementen är ordnade i en rad från vänster till höger.
Figur UPPGRADERING-13.1.1: Principen för digital signalbehandling

Under de senaste 25 åren har världen förändrats enormt tekniskt. Datorers beräkningskraft har ökat många gånger om, och allt fler uppgifter i tekniska apparater utförs av mikrochip på minimalt utrymme. Även de kommande åren kommer utvecklingen att fortsätta i rasande takt. Allt detta förändrar hur apparater, och särskilt signalbehandlingen i moderna radioapparater, realiseras. Digital signalbehandling är numera state of the art, och varje modern apparat bygger på denna teknik. Här spelar framför allt digitala signalprocessorer och grundprincipen för digital signalbehandling en väsentlig roll.

Digital signalbehandling finns inte bara inom radioteknik. Många apparater, vare sig det gäller mobiltelefoner, stereoanläggningar, bildgivande system inom medicin eller praktiskt taget alla moderna radiotillämpningar, drar nytta av denna fascinerande teknik och gör det möjligt att kostnadseffektivt realisera aldrig tidigare skådade möjligheter och funktioner i dessa apparater.

Inom radiotekniken talar man om så kallade SDR-apparater när apparaterna bearbetar signaler med digital signalbehandling. I dessa apparater är åtminstone en del av signalbehandlingen realiserad i programvara.

För att kunna behandla kontinuerliga analoga signaler digitalt måste de först samplas med en analog-digital-omvandlare (A/D-omvandlare) och omvandlas till digitala värden. Man talar då om digitalisering av den analoga insignalen.

1) Kort beskrivning: Diagram av rutor med en horisontell axel ”Zeit” (tid) och en vertikal axel ”Wert” (värde); små cirklar i skärningspunkterna för några av rutorna bildar en sinusformad kurva ovanför och under nollinjen.

2) Utförlig beskrivning: Ett koordinatsystem har en horisontell axel med beteckningen ”Zeit” (tid) och en vertikal axel med beteckningen ”Wert” (värde). Över koordinatsystemet är ett rutnät av små kvadrater ritat. I skärningspunkterna för några av kvadraterna finns små cirklar som bildar en sinusformad kurva ovanför och under nollinjen.
Figur UPPGRADERING-13.1.2: Enkel framställning av en sinusvåg av $\num{16}$ samplingar och $\num{7}$ värden

Därvid samplas den analoga signalen med fasta tidsintervall och avbildas på ett digitalt värdeområde (t. ex. från $\num{-128}$ till $\num{+127}$). Varje värde representerar en viss uppmätt signalspänning, där negativa värden som regel tilldelas negativa spänningar och positiva värden positiva spänningar. Man kan föreställa sig det ungefär som hos en filmkamera som med fasta mellanrum tar bilder av en scen. De tagna bilderna har då alltid ett fast tidsavstånd till föregående och nästa bild och visar den aktuella scenen med korta tidsintervall. Processen kallas sampling (på svenska ungefär provtagning). De enskilda uppmätta signalvärdena kallas samplingar (samples). I nästa avsnitt tittar vi närmare på denna process.

Efter A/D-omvandlingen kan samplingarna, som nu finns som digitala värden, bearbetas vidare på vilket sätt som helst med digital signalbehandling.

Efter den digitala signalbehandlingen vill man återigen göra en analog signal av de digitalt bearbetade signalerna, till exempel för utmatning via en högtalare eller för utsändning via en antenn. För att förvandla de digitala värdena till en analog signal behöver man här en digital-analog-omvandlare (D/A-omvandlare), som i praktiken är motstycket till den A/D-omvandlare som beskrevs ovan. D/A-omvandlaren omsätter digitala värden till analoga spänningsvärden och möjliggör därmed rekonstruktion av en analog signal ur de digitala värdena.


Fortsätt till nästa avsnitt: Sampling och kvantisering