189722. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés a rögzítendő jel frekvenciatartományának független jelérték szerinti mintavételezésre
1 2 189.722 ô (x-x^) a folyamat értéktartományban a. Diracimpulzus a k-adik figyelőszint értékénél, x^ a k-adik figyelőszint értéke li7 a k-adik figyelőszinthez tartozó mintavételek száma, N a figyelőszintek száma. Az eljárás során a feladatnak, pontossági követelménynek megfelelő számú figyelőszintet veszünk fel. A figyelőszintek száma tetszőlegesen változtatható és értékük tetszőlegesen beállítható. Az 1. ábrán az egyszerűség kedvéért öt egyenlő szintkülönbségű figyelőszites mintavételzést mutatunk be. Azon pontokhoz tartozó időértékeket rögzítjük, ahol az egyes figyelőszintek állandó értéke metszik az adott görbét, azaz a rögzítendő jelet. Az időérték meghatározás történhet a mintavételezés kezdeti időpontjától, mint ahogy az az (1) képletből következik (abszolút érték rögzítés), vagy valamely mintavétel időpontjától (relatív érték rögzítés). Az eljárás rugalmasan követi a jelváltozás dinamikáját és jól leírja a jelet, ezért ezt a mintavételezési típust dinamikus mintavételezésnek is nevezhetjük. Az egyenközű figyelőszint távolságok helyett nemegyenközű figyelőszint sorozat is alkalmazható. A dinamikus mintavételezési eljárásnak elvileg nincs frekvenciakorlátja, hiszen bármilyen dinamikájú és alakú jelváltozást átvisz, amelynek amplitúdója nagyobb két figyelőszint távolságánál. Természetesen a gyakorlati megvalósításnál az átvihető dinamikának itt is határt szab a technika adott fejlettségi szintje. Az 1. és 2. ábra összehasonlításából egyértelműen kitűnik, hogy ugyanannyi minta esetében a dinamikus mintavételezési eljárással mintavételezett és rögzített adatokból pontosabban visszaállítható az eredeti jel, mint az egyenidőközű mintavételezéssel mintavételezettből. A dinamikus mintavételezést maga a jel irányítja, így optimális mintavételezés valósítható meg. mivel csak annyi mintavétel történik, amennyi a jel adott hibával történő rögzítéséhez szükséges. A mintavételezés akkor történik jól, ha a mintaértékekből az adott hibával visszaállítható az eredeti jel és a mintavételek száma a lehető legkevesebb. Vizsgáljuk meg, hogy egy több frekvenciális komponensből álló jel (ahol a különböző frekvenciájú komponensek amplitúdója közel azonos) adott hibával történő átviteléhez mennyi mintavételre van szükség időben egyenközű és a dinamikus mintavételezési eljárásnál. A megkívánt pontosságot a periódushosszra jutó mintavételi számmal (N) állíthatjuk be. Ezt dinamikus mintavételezés eljárásná megfelelő számú figyelőszint felvételével elégíthetjük ki, míg időben egyenközű mintavételezésnél az a követelmény, hogy a maximális frekvenciájú jelkomponens egy periódusra N db mintavétel jusson, s ez egyben a mintavételezés időközét is megszabja. Legyen ezután f, az előforduló maximális frekvencia, és állítsuk be úgy a figyelőszinteket, illetve a mintavételezési időközt, hogy a dinamikus mintavételezéssel és az időben egyenközű mintavételezéssel is N-számú mintát vegyünk egy periódusból. Ni = Nd = N 5 10 15 20 ahol Nj, Nj - az fj frekvenciájú komponens T, periódusidejére eső időben egyenközű,- illetve dinamikus mintavételezéssel vett minták száma. Az egységnyi időre eső minták száma tehát m = = nd = N/T,. Legyen egy f2 < f, frekvenciájú komponens, melynek T2 a periódusideje. Ekkor az egy periódusra eső mintavételek száma: Nd = N Ní=T2 N/T,, az egységnyi időre eső mintavételek száma pedig nd = N/T, = N . f2 ; nÁ = N/T, = N . f, ; Mivel T2 < T,, ezért Nd > N: és természetesen nd ^ nip Vegyünk most egy olyan jelet, amely t-ideig tart és benne K db különböző frekvenciájú komponens található, s az egyes frekvenciák súlya - előfordulási ideje - A t^. Ez esetben az előzőekből könynyen belátható, hogy időben egyenközű mintavételezéssel Ni =;,AtkN WK = tfmaxN k=l (2) 25 mintavételt kapunk, míg a dinamikus mintavételezés K Nd=IAtk.fkN (3) k=l 30 35 40 45 50 55 60 mintavételt eredményez. Mivei h > fmax (k = 1,2....K), ezért Nd < N=. Az előző gondolatmenet határátmenet képzéssel átvihető a tranziens jelek esetére is. A dinamikus mintavételezési eljárással tehát olyan értelemben valósítható meg az optimális mintavételezés, hogy a jel egy adott hibával történő mintavételezésnél mindig csak az éppen szükséges mennyiségű mintát eredményez. A (2), (3)-ból könnyen belátható, hogy a dinamikus mintavételezési eljárás előnyei abban az esetben domborodnak ki leginkább, ha a jelben előforduló minimális és maximális frekvenciájú komponens frekvenciájának a differenciája nagy, tehát ha széles frekvenciasávú jeleket mintavételezünk. A mintavételi szám csökkenés ezen mintavételi eljárással akkor lesz igazán döntő, ha a mintavételezendő folyamat ideje hosszú. A hosszú idő itt azt jelenti, hogy a folyamat ideje lényegesen nagyobb a jelben előforduló legnagyobb változású szakasz időtartamánál, illetve a legnagyobb frekvenciájú komponens periódusidejénél. Ezen mintavételezési eljárás tehát széles frekvenciasávú jelek és hosszú idejű folyamatok, (melyek a hagyományos módon nagy mintavételei számot eredményeznek) mintavételezésnél legelőnyösebb alkalmazni. A találmány szerinti eljárás foganatosítására szolgáló berendezés egyik alaptípusának kapcsolási elrendezését mutatja be a 3. ábra. Az analóg jel az 1 szintfigyelő jelbemenetére kerül. Az 1 szintfigyelő annyi 2 komparátort tartalmaz, ahány csatornás mintavételezőt építünk. A 3. ábrán ötcsatornás berendezés látható. Minden 2/1, 2/2, 2/3, 2/4, 2/5 komparátomak van egy-egy a, b, c, d, e kimenete, mely a 3 impulzusadó és a 4 csatomaszám 4
