A rádiótechnikai jel frekvenciamodulációjának módszere. A jelek főbb jellemzői A rádióelektronikában használt jeltípusok

1. fejezet A rádiótechnikai jelek általános elméletének elemei

A "jel" kifejezés gyakran nemcsak tudományos és műszaki kérdésekben, hanem a mindennapi életben is megtalálható. Néha anélkül, hogy a terminológia súlyosságára gondolnánk, olyan fogalmakat azonosítunk, mint a jel, üzenet, információ. Ez általában nem vezet félreértésekhez, mivel a "jel" szó a latin "signum" - "jel" kifejezésből származik, amelynek széles szemantikai tartománya van.

Mindazonáltal az elméleti rádiótechnika szisztematikus tanulmányozásának megkezdésekor, ha lehetséges, tisztázni kell a „jel” fogalmának jelentését. Az elfogadott hagyomány szerint jelnek nevezzük az objektum fizikai állapotának időbeni megváltoztatásának folyamatát, amely üzenetek megjelenítésére, regisztrálására és továbbítására szolgál. Az emberi tevékenység gyakorlatában az üzenetek elválaszthatatlanul kapcsolódnak a bennük lévő információkhoz.

Az "üzenet" és az "információ" fogalmain alapuló kérdések köre igen széles. Mérnökök, matematikusok, nyelvészek, filozófusok figyelmének tárgya. A 40-es években K. Shannon befejezte a mély tudományos irány - az információelmélet - kidolgozásának kezdeti szakaszát.

Azt kell mondani, hogy az itt említett problémák általában messze túlmutatnak a „Rádióáramkörök és jelek” kurzus keretein. Ezért ez a könyv nem írja le a kapcsolatot, amely a jel fizikai megjelenése és a benne foglalt üzenet jelentése között fennáll. Sőt, az üzenetben és végső soron a jelben foglalt információ értékének kérdését sem tárgyaljuk.

1.1. A rádiótechnikai jelek osztályozása

Bármilyen új objektum vagy jelenség tanulmányozásának megkezdésekor a tudomány mindig törekszik azok előzetes osztályozására. Az alábbiakban a jelekkel kapcsolatban teszünk ilyen kísérletet.

A fő cél az osztályozási kritériumok kidolgozása, valamint – ami a későbbiek szempontjából nagyon fontos – egy bizonyos terminológia kialakítása.

Jelek leírása matematikai modellekkel.

A jelek mint fizikai folyamatok különféle műszerek és eszközök – elektronikus oszcilloszkópok, voltmérők, vevők – segítségével tanulmányozhatók. Ennek az empirikus módszernek van egy jelentős hátránya. A kísérletező által megfigyelt jelenségek mindig sajátos, elszigetelt megnyilvánulásokként jelennek meg, nélkülözve azt az általánosítás mértékét, amely lehetővé tenné alapvető tulajdonságaik megítélését, az eredmények előrejelzését megváltozott körülmények között.

Ahhoz, hogy a jeleket az elméleti tanulmányozás és számítások tárgyává tegyük, meg kell jelölni a matematikai leírásuk módszerét, vagy a modern tudomány nyelvén meg kell alkotni a vizsgált jel matematikai modelljét.

Egy jel matematikai modellje lehet például egy funkcionális függés, melynek argumentuma az idő. Általában a jövőben a jelek ilyen matematikai modelljeit a latin ábécé s (t), u (t), f (t) stb. szimbólumai fogják jelölni.

A modell (jelen esetben egy fizikai jel) létrehozása az első lényeges lépés egy jelenség tulajdonságainak szisztematikus vizsgálata felé. Először is, a matematikai modell lehetővé teszi, hogy elvonatkoztassunk a jelhordozó sajátos természetétől. A rádiótechnikában ugyanaz a matematikai modell írja le azonos sikerrel az áramot, a feszültséget, az elektromágneses térerősséget stb.

A matematikai modell koncepcióján alapuló absztrakt módszer lényegi oldala abban rejlik, hogy lehetőséget kapunk a jelek azon tulajdonságainak pontos leírására, amelyek objektíve döntően fontosnak tűnnek. Ugyanakkor sok másodlagos jelet figyelmen kívül hagynak. Például az esetek túlnyomó többségében rendkívül nehéz pontosan kiválasztani azokat a funkcionális függéseket, amelyek megfelelnének a kísérletileg megfigyelt elektromos rezgéseknek. Ezért a kutató a rendelkezésére álló információk teljes halmazától vezérelve kiválasztja a rendelkezésre álló jelek matematikai modelljeinek arzenáljából azokat, amelyek egy adott helyzetben a legjobban és legegyszerűbben írják le a fizikai folyamatot. Tehát a modell kiválasztása nagyjából kreatív folyamat.

A jeleket leíró függvények valós és összetett értékeket is felvehetnek. Ezért a következőkben gyakran fogunk beszélni valós és összetett jelekről. Ennek vagy annak az elvnek az alkalmazása matematikai kényelem kérdése.

A jelek matematikai modelljeinek ismeretében össze lehet hasonlítani ezeket a jeleket egymással, megállapítani azonosságukat és különbségüket, valamint osztályozást végezni.

Egydimenziós és többdimenziós jelek.

A rádiótechnika tipikus jele az áramkör kivezetésein lévő feszültség vagy az elágazás árama.

Az ilyen jelet, amelyet az idő egy függvénye ír le, általában egydimenziósnak nevezik. Ebben a könyvben leggyakrabban egydimenziós jeleket tanulmányozunk. Néha azonban célszerű többdimenziós vagy vektoros alakjeleket figyelembe venni

egydimenziós jelek valamilyen halmaza alkotja. Az N egész számot egy ilyen jel dimenziójának nevezzük (a terminológiát a lineáris algebrából kölcsönöztük).

A többdimenziós jel például egy többpólus kivezetésein lévő feszültségrendszer.

Vegye figyelembe, hogy a többdimenziós jel egydimenziós jelek rendezett gyűjteménye. Ezért általános esetben a különböző komponenssorrendű jelek nem egyenlőek egymással:

A többváltozós jelmodellek különösen hasznosak olyan esetekben, amikor összetett rendszerek működését számítógéppel elemezzük.

Determinisztikus és véletlen jelek.

A rádiótechnikai jelek osztályozásának másik elve a pillanatnyi értékük pontos előrejelzésének lehetőségén vagy lehetetlenségén alapul.

Ha a jel matematikai modellje megenged egy ilyen előrejelzést, akkor a jelet determinisztikusnak nevezzük. A hozzárendelés módszerei változatosak lehetnek - egy matematikai képlet, egy számítási algoritmus és végül egy szóbeli leírás.

Szigorúan véve determinisztikus jelek, valamint az ezeknek megfelelő determinisztikus folyamatok nem léteznek. A rendszer elkerülhetetlen kölcsönhatása a környező fizikai objektumokkal, a kaotikus hőingadozás jelenléte és egyszerűen hiányos ismeretek a rendszer kezdeti állapotáról - mindez arra késztet bennünket, hogy a valós jeleket az idő véletlenszerű függvényeinek tekintsük.

A rádiótechnikában a véletlenszerű jelek gyakran interferenciaként jelentkeznek, megakadályozva az információ kinyerését a vett hullámformából. Az interferencia elleni küzdelem, a rádióvétel zajállóságának növelése a rádiótechnika egyik központi problémája.

Úgy tűnhet, hogy a "véletlenszerű jel" fogalma ellentmondásos. Azonban nem. Például a rádióteleszkóp-vevő kimenetén a kozmikus sugárzás forrására irányított jel kaotikus oszcilláció, amely azonban sokféle információt hordoz egy természeti objektumról.

A determinisztikus és a véletlen jelek között nincs áthághatatlan határ.

Nagyon gyakran olyan körülmények között, ahol az interferencia szintje sokkal kisebb, mint egy ismert alakú hasznos jel szintje, egy egyszerűbb determinisztikus modell eléggé megfelelőnek bizonyul az adott feladathoz.

A véletlenszerű jelek tulajdonságainak elemzésére az elmúlt évtizedekben kifejlesztett statisztikai rádiótechnika módszerei számos sajátos tulajdonsággal rendelkeznek, és a valószínűségelmélet és a véletlenszerű folyamatok elméletének matematikai apparátusán alapulnak. A könyv számos fejezete teljes egészében ennek a kérdéskörnek lesz szentelve.

Impulzusjelek.

A rádiótechnika számára a jelek egy nagyon fontos osztálya az impulzusok, vagyis olyan rezgések, amelyek csak véges időn belül léteznek. Ebben az esetben megkülönböztetünk videoimpulzusokat (1.1. ábra, a) és rádióimpulzusokat (1.1. ábra, b). A két fő impulzustípus közötti különbség a következő. Ha - videoimpulzus, akkor a megfelelő rádióimpulzus (a frekvencia és a kezdeti érték tetszőleges). Ebben az esetben a függvényt a rádióimpulzus burkológörbéjének, a függvényt pedig kitöltésének nevezzük.

Rizs. 1.1. Impulzusjelek és jellemzőik: a - videoimpulzus, b - rádióimpulzus; c - az impulzus numerikus paramétereinek meghatározása

A műszaki számításokban a teljes matematikai modell helyett, amely figyelembe veszi az impulzus "finom szerkezetének" részleteit, gyakran olyan numerikus paramétereket használnak, amelyek egyszerűsített képet adnak az impulzus alakjáról. Tehát egy trapézhoz közeli videoimpulzus (1.1. ábra, c) esetén az amplitúdóját (magasságát) szokás meghatározni A. Az időparaméterek az impulzus időtartamát, a front időtartamát és a levágási időtartamot jelzik.

A rádiótechnikában feszültségimpulzusokkal foglalkoznak, amelyek amplitúdója a mikrovolt töredékétől a több kilovoltig terjed, időtartama pedig eléri a nanoszekundum töredékeit.

Analóg, diszkrét és digitális jelek.

A rádiótechnikai jelek osztályozási elveinek rövid áttekintéseként a következőket jegyezzük meg. Gyakran a jelet generáló fizikai folyamat időben úgy fejlődik, hogy a jelértékek mérhetők. az idő bármely pillanatában. Az ebbe az osztályba tartozó jeleket általában analógnak (folyamatosnak) nevezik.

Az „analóg jel” kifejezés azt hangsúlyozza, hogy az ilyen jel „analóg”, teljesen hasonló az azt generáló fizikai folyamathoz.

Az egydimenziós analóg jelet a grafikonja (oszcillogramja) egyértelműen ábrázolja, amely lehet folyamatos vagy töréspontos.

Kezdetben kizárólag analóg típusú jeleket használtak a rádiótechnikában. Az ilyen jelek viszonylag egyszerű műszaki problémák (rádiókommunikáció, televízió stb.) sikeres megoldását tették lehetővé. Az analóg jeleket könnyű volt előállítani, fogadni és feldolgozni az akkori eszközökkel.

A rádiótechnikai rendszerekkel szembeni megnövekedett követelmények, az alkalmazások sokrétűsége új építési elvek keresését kényszerítette. Egyes esetekben az analóg rendszereket impulzusrendszerekre cserélték, amelyek működése diszkrét jelek használatán alapul. A diszkrét jel legegyszerűbb matematikai modellje egy megszámlálható ponthalmaz - egy egész szám) az időtengelyen, amelyek mindegyikénél meghatározzák a jel referenciaértékét. Általában minden jel mintavételi gyakorisága állandó.

A diszkrét jelek egyik előnye az analóg jelekkel szemben, hogy nincs szükség a jel folyamatos reprodukálására. Ennek köszönhetően lehetővé válik a különböző forrásokból származó üzenetek továbbítása ugyanazon a rádiókapcsolaton keresztül, többcsatornás kommunikáció megszervezésével a csatornák időosztásával.

Intuitív módon a gyorsan változó analóg jelekhez kis lépésekre van szükség a mintavételhez. ch. 5 ezt az alapvetően fontos kérdést részletesen megvizsgáljuk.

A diszkrét jelek egy speciális fajtája a digitális jel. Jellemzőjük, hogy a leolvasási értékek számok formájában jelennek meg. A megvalósítás és a feldolgozás technikai kényelme érdekében általában korlátozott és általában nem túl nagy számjegyű bináris számokat használnak. A közelmúltban a digitális jelekkel rendelkező rendszerek széles körű elterjedése irányába mutat. Ez a mikroelektronika és az integrált áramkörök által elért jelentős fejlődésnek köszönhető.

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy lényegében minden diszkrét vagy digitális jel (jelről beszélünk - fizikai folyamatról, nem matematikai modellről) analóg jel. Tehát egy lassan változó analóg jel összehasonlítható a diszkrét képével, amely azonos időtartamú téglalap alakú videoimpulzusok sorozata (1.2. ábra, a); az ethnh impulzusok magassága arányos a referenciapontok értékeivel. Azonban másképpen is eljárhat, az impulzusok magasságát állandóan tartva, de időtartamukat az aktuális leolvasási értékeknek megfelelően megváltoztatva (1.2. ábra, b).

Rizs. 1.2. Az analóg jel diszkretizálása: a - változó amplitúdójú; b - a számláló impulzusok változó időtartamával

Az itt bemutatott két analóg jel mintavételi módszer akkor válik egyenértékűvé, ha feltételezzük, hogy a mintavételi pontokon az analóg jelek értékei arányosak az egyes videoimpulzusok területével.

A mintaértékek számok formájában történő rögzítése az utóbbi videoimpulzus-sorozat formájában történő megjelenítésével is történik. A kettes számrendszer ideális erre az eljárásra. Például a magas szintet egyhez, az alacsony potenciálszintet pedig a nullához társíthatja, f A diszkrét jeleket és tulajdonságaikat részletesen a Ch. 15.

Mielőtt bármilyen jelenség, folyamat vagy tárgy tanulmányozásába kezdene, a tudomány mindig arra törekszik, hogy azokat a lehető legtöbb jel szerint osztályozza. Tegyünk egy hasonló kísérletet a rádiójelekkel és az interferenciával kapcsolatban.

A rádiótechnikai jelek területén az alapvető fogalmakat, fogalmakat és meghatározásokat a „Rádiótechnikai jelek. Kifejezések és meghatározások". A rádiótechnikai jelek nagyon változatosak. Különféle jellemzők szerint osztályozhatók.

1. A rádiótechnikai jeleket célszerű időben és fizikai koordinátákkal megadott matematikai függvények formájában figyelembe venni. Ebből a szempontból a jelek fel vannak osztva egydimenziósés többdimenziós... A gyakorlatban az egydimenziós jelek a leggyakoribbak. Általában az idő függvényei. A többdimenziós jelek sok egydimenziós jelből állnak, és ezen túlmenően tükrözik a helyzetüket n- dimenziós tér. Például egy tárgy, természet, ember vagy állat képéről információt hordozó jelek az idő és a síkon elfoglalt helyzet függvényei.

2. Az időábrázolás szerkezetének sajátosságai szerint minden rádiótechnikai jelet alcsoportokra osztunk. analóg, diszkrétés digitális... Az 1. számú előadásban már szóba került a főbb jellemzőik és az egymástól való eltérések.

3. Az a priori információ rendelkezésre állása szerint a rádiótechnikai jelek teljes választékát két fő csoportra szokás osztani: meghatározó(rendes) és véletlen jeleket. A rádiótechnikai jeleket determinisztikusnak nevezzük, amelyek pillanatnyi értékei bármikor megbízhatóan ismertek. A determinisztikus rádiótechnikai jelre példa a harmonikus (szinuszos) oszcilláció, impulzusok sorozata vagy burst, amelynek alakja, amplitúdója és időbeli helyzete előre ismert. Valójában egy determinisztikus jel nem hordoz semmilyen információt, és szinte minden paramétere továbbítható rádiókommunikációs csatornán egy vagy több kódértékkel. Vagyis a determinisztikus jelek (üzenetek) lényegében nem tartalmaznak információt, és nincs értelme továbbítani őket. Általában kommunikációs rendszerek, rádiócsatornák vagy egyedi eszközök tesztelésére használják.

A determinisztikus jelek fel vannak osztva időszakosés nem időszakos (impulzus). Az impulzusjel olyan végső energiájú jel, amely jelentősen eltér a nullától egy korlátozott ideig, amely arányos a rendszer tranziensének befejeződési idejével, amelyre ez a jel hatni kíván. Az időszakos jelek harmonikus, azaz csak egy harmonikust tartalmaz, és poliharmonikus, melynek spektruma sok harmonikus komponensből áll. A harmonikus jelek olyan jelek, amelyeket egy szinusz vagy koszinusz függvény ír le. Az összes többi jelet poliharmonikusnak nevezzük.

Véletlenszerű jelek- ezek olyan jelek, amelyek pillanatnyi értéke egyetlen pillanatban sem ismert, és nem jósolható meg eggyel egyenlő valószínűséggel. Bármennyire is paradoxnak tűnik első pillantásra, csak egy véletlenszerű jel lehet hasznos információt hordozó jel. A benne lévő információ az átvitt jel különböző amplitúdó-, frekvenciájú (fázis) vagy kódváltozásaiba ágyazódik be. A gyakorlatban minden hasznos információt tartalmazó rádiójelet véletlenszerűnek kell tekinteni.

4. Az információtovábbítás során a jelek ilyen vagy olyan transzformációnak vethetők alá. Ez általában a nevükben is tükröződik: jelek modulált, demodulált(észlelt), kódolt (dekódolt), megerősített, fogvatartottak, diszkretizált, kvantált satöbbi.

5. A modulációs folyamatban lévő jelek célja szerint feloszthatók moduláló(a vivőhullámformát moduláló elsődleges jel) ill modulált(csapágyrezgés).

6. Az információátviteli rendszerek egyik vagy másik típusához való tartozás szerint megkülönböztethetők telefon, távíró, műsorszórás, televízió, radar, ügyvezetők, mérőés egyéb jelek.

Nézzük most a rádiótechnikai zavarok osztályozását. Alatt rádióinterferencia megérteni egy véletlenszerű jelet, amely homogén egy hasznossal, és egyidejűleg hat vele. Rádiókommunikációs rendszerek esetében az interferencia egy hasznos jelre gyakorolt ​​bármilyen véletlen hatás, amely rontja a továbbított üzenetek hűségét. A rádiótechnikai zavarok besorolása számos előjel alapján is lehetséges.

1. Az előfordulás helyén az interferencia fel van osztva külsőés belső... Főbb típusaikról az 1. számú előadásban már volt szó.

2. A jellel való interferencia kölcsönhatásának természetétől függően megkülönböztetünk adalékanyagés multiplikatív interferencia. Az interferenciát additívnak nevezzük, amely hozzáadódik a jelhez. Az interferenciát multiplikatív interferenciának nevezik, amelyet megszoroznak a jellel. A valós kommunikációs csatornákban általában additív és multiplikatív interferencia is fellép.

3. Fő tulajdonságai szerint az additív zaj három osztályba sorolható: spektrum-csomósodott(keskeny sávú interferencia), impulzuszaj(időközpontú) és fluktuációs zaj(ingadozási zaj), nem korlátozott időben vagy spektrumban. A spektrumközpontú interferenciát interferenciának nevezzük, amelynek teljesítményének nagy része a frekvenciatartomány különálló részein található, kisebb, mint a rádiótechnikai rendszer sávszélessége. Az impulzuszaj olyan impulzusjelek szabályos vagy kaotikus sorozata, amelyek homogének egy hasznos jellel. Az ilyen interferencia forrásai a rádióáramkörök vagy a közelükben működő eszközök digitális és kapcsolóelemei. A pulzáló és csomós zavarokat gyakran nevezik tippeket.

Nincs alapvető különbség a jel és az interferencia között. Ráadásul egységben léteznek, bár cselekvésükben ellentétesek.

Mielőtt bármilyen jelenség, folyamat vagy tárgy tanulmányozásába kezdene, a tudomány mindig arra törekszik, hogy azokat a lehető legtöbb jel szerint osztályozza. Tegyünk egy hasonló kísérletet a rádiójelekkel és az interferenciával kapcsolatban.

A rádiótechnikai jelek területén az alapvető fogalmakat, fogalmakat és meghatározásokat a „Rádiótechnikai jelek. Kifejezések és meghatározások". A rádiótechnikai jelek nagyon változatosak. Különféle jellemzők szerint osztályozhatók.

1. A rádiótechnikai jeleket célszerű időben és fizikai koordinátákkal megadott matematikai függvények formájában figyelembe venni. Ebből a szempontból a jelek fel vannak osztva egydimenziósés többdimenziós... A gyakorlatban az egydimenziós jelek a leggyakoribbak. Általában az idő függvényei. A többdimenziós jelek sok egydimenziós jelből állnak, és ezen túlmenően tükrözik a helyzetüket n- dimenziós tér. Például egy tárgy, természet, ember vagy állat képéről információt hordozó jelek az idő és a síkon elfoglalt helyzet függvényei.

2. Az időábrázolás szerkezetének sajátosságai szerint minden rádiótechnikai jelet alcsoportokra osztunk. analóg, diszkrétés digitális... Az 1. számú előadásban már szóba került a főbb jellemzőik és az egymástól való eltérések.

3. Az a priori információ rendelkezésre állása szerint a rádiótechnikai jelek teljes választékát két fő csoportra szokás osztani: meghatározó(rendes) és véletlen jeleket. A rádiótechnikai jeleket determinisztikusnak nevezzük, amelyek pillanatnyi értékei bármikor megbízhatóan ismertek. A determinisztikus rádiótechnikai jelre példa a harmonikus (szinuszos) oszcilláció, impulzusok sorozata vagy burst, amelynek alakja, amplitúdója és időbeli helyzete előre ismert. Valójában egy determinisztikus jel nem hordoz semmilyen információt, és szinte minden paramétere továbbítható rádiókommunikációs csatornán egy vagy több kódértékkel. Vagyis a determinisztikus jelek (üzenetek) lényegében nem tartalmaznak információt, és nincs értelme továbbítani őket. Általában kommunikációs rendszerek, rádiócsatornák vagy egyedi eszközök tesztelésére használják.

A determinisztikus jelek fel vannak osztva időszakosés nem időszakos (impulzus). Az impulzusjel olyan végső energiájú jel, amely jelentősen eltér a nullától egy korlátozott ideig, amely arányos a rendszer tranziensének befejeződési idejével, amelyre ez a jel hatni kíván. Az időszakos jelek harmonikus, azaz csak egy harmonikust tartalmaz, és poliharmonikus, melynek spektruma sok harmonikus komponensből áll. A harmonikus jelek olyan jelek, amelyeket egy szinusz vagy koszinusz függvény ír le. Az összes többi jelet poliharmonikusnak nevezzük.

Véletlenszerű jelek- ezek olyan jelek, amelyek pillanatnyi értéke egyetlen pillanatban sem ismert, és nem jósolható meg eggyel egyenlő valószínűséggel. Bármennyire is paradoxnak tűnik első pillantásra, csak egy véletlenszerű jel lehet hasznos információt hordozó jel. A benne lévő információ az átvitt jel különböző amplitúdó-, frekvenciájú (fázis) vagy kódváltozásaiba ágyazódik be. A gyakorlatban minden hasznos információt tartalmazó rádiójelet véletlenszerűnek kell tekinteni.

4. Az információtovábbítás során a jelek ilyen vagy olyan transzformációnak vethetők alá. Ez általában a nevükben is tükröződik: jelek modulált, demodulált(észlelt), kódolt (dekódolt), megerősített, fogvatartottak, diszkretizált, kvantált satöbbi.

5. A modulációs folyamatban lévő jelek célja szerint feloszthatók moduláló(a vivőhullámformát moduláló elsődleges jel) ill modulált(csapágyrezgés).

6. Az információátviteli rendszerek egyik vagy másik típusához való tartozás szerint megkülönböztethetők telefon, távíró, műsorszórás, televízió, radar, ügyvezetők, mérőés egyéb jelek.

Nézzük most a rádiótechnikai zavarok osztályozását. Alatt rádióinterferencia megérteni egy véletlenszerű jelet, amely homogén egy hasznossal, és egyidejűleg hat vele. Rádiókommunikációs rendszerek esetében az interferencia egy hasznos jelre gyakorolt ​​bármilyen véletlen hatás, amely rontja a továbbított üzenetek hűségét. A rádiótechnikai zavarok besorolása számos előjel alapján is lehetséges.

1. Az előfordulás helyén az interferencia fel van osztva külsőés belső... Főbb típusaikról az 1. számú előadásban már volt szó.

2. A jellel való interferencia kölcsönhatásának természetétől függően megkülönböztetünk adalékanyagés multiplikatív interferencia. Az interferenciát additívnak nevezzük, amely hozzáadódik a jelhez. Az interferenciát multiplikatív interferenciának nevezik, amelyet megszoroznak a jellel. A valós kommunikációs csatornákban általában additív és multiplikatív interferencia is fellép.

3. Fő tulajdonságai szerint az additív zaj három osztályba sorolható: spektrum-csomósodott(keskeny sávú interferencia), impulzuszaj(időközpontú) és fluktuációs zaj(ingadozási zaj), nem korlátozott időben vagy spektrumban. A spektrumközpontú interferenciát interferenciának nevezzük, amelynek teljesítményének nagy része a frekvenciatartomány különálló részein található, kisebb, mint a rádiótechnikai rendszer sávszélessége. Az impulzuszaj olyan impulzusjelek szabályos vagy kaotikus sorozata, amelyek homogének egy hasznos jellel. Az ilyen interferencia forrásai a rádióáramkörök vagy a közelükben működő eszközök digitális és kapcsolóelemei. A pulzáló és csomós zavarokat gyakran nevezik tippeket.

Nincs alapvető különbség a jel és az interferencia között. Ráadásul egységben léteznek, bár cselekvésükben ellentétesek.

Véletlenszerű folyamatok

Amint fentebb említettük, a véletlenszerű jelek megkülönböztető jellemzője, hogy pillanatnyi értékei nem előre jelezhetők. Szinte minden valós véletlenszerű jel és zaj az idő kaotikus függvénye, melynek matematikai modelljei véletlenszerű folyamatok, amelyeket a rádióstatisztikában vizsgáltak. Véletlenszerű eljárással az argumentum véletlenszerű függvényét szokás hívni t, ahol t az aktuális időt. A véletlenszerű folyamatot a görög ábécé nagybetűivel jelöljük,,. Más megjelölés is elfogadható, ha azt előzetesen egyeztetik. Egy adott típusú véletlenszerű folyamatot, amelyet egy kísérlet során, például egy oszcilloszkópon figyelnek meg, hívnak végrehajtás ezt a véletlenszerű folyamatot. Konkrét megvalósítás típusa x (t) az argumentum bizonyos funkcionális függésével adható meg t vagy ütemezés.

Attól függően, hogy folytonos vagy diszkrét értékek érvelnek-e tés a megvalósítás NS, a véletlenszerű folyamatoknak öt fő típusa van. Magyarázzuk meg ezeket a típusokat példákkal.

A folyamatos véletlenszerű folyamatra jellemző, hogy tés NS folytonos mennyiségek (2.1. ábra, a). Ilyen folyamat például a rádióvevő kimenetén fellépő zaj.

Egy diszkrét véletlenszerű folyamatra jellemző, hogy t folyamatos mennyiség, és NS- diszkrét (2.1. ábra, b). Az átmenet a-ról bármikor megtörténik. Ilyen folyamat például egy olyan folyamat, amely egy sorbanállási rendszer állapotát jellemzi, amikor a rendszer tetszőleges időpontokban ugrik t egyik állapotból a másikba kerül. Egy másik példa a folytonos folyamatok szint szerinti kvantálásának eredménye.

A véletlenszerű sorozatot az a tény jellemzi, hogy t diszkrét és NS- folyamatos mennyiségek (2.1. ábra, c). Példaként egy folyamatos folyamatból meghatározott időpontokban mutathat időmintákat.

Egy diszkrét véletlenszerű sorozatra jellemző, hogy tés NS diszkrét mennyiségek (2.1. ábra, d). Egy ilyen folyamat szintkvantálással és időmintavétellel érhető el. Ezek a jelek a digitális kommunikációs rendszerekben.

A véletlenszerű adatfolyam pontok, delta függvények vagy események sorozata (2.1. ábra, e, g) véletlenszerű időpontokban. Ezt a folyamatot széles körben alkalmazzák a megbízhatóság elméletében, amikor az elektronikus berendezések hibáinak áramlását véletlenszerű folyamatnak tekintik.

A jel tehát olyan fizikai folyamat, amelynek paraméterei információt (üzenetet) tartalmaznak, és amely alkalmas a feldolgozásra, távolsági továbbításra.

Egydimenziós és többdimenziós jelek. A rádiótechnika tipikus jele az áramkör kivezetésein lévő feszültség vagy az elágazás árama. Az ilyen jelet, amelyet az idő egy függvénye ír le, általában egydimenziósnak nevezik.

Néha azonban célszerű többdimenziós vagy vektoros alakjeleket figyelembe venni

egydimenziós jelek valamilyen halmaza alkotja. Az N egész számot egy ilyen jel dimenziójának nevezzük.

Vegye figyelembe, hogy a többdimenziós jel egydimenziós jelek rendezett gyűjteménye. Ezért általános esetben a különböző komponenssorrendű jelek nem egyenlőek egymással.

Analóg, diszkrét és digitális jelek... A rádiótechnikai jelek osztályozási elveinek rövid áttekintéseként a következőket jegyezzük meg. Gyakran a jelet generáló fizikai folyamat időben úgy fejlődik, hogy a jelértékek bármikor mérhetők. Az ebbe az osztályba tartozó jeleket általában analógnak (folyamatosnak) nevezik. Az „analóg jel” kifejezés azt hangsúlyozza, hogy az ilyen jel „analóg”, teljesen hasonló az azt generáló fizikai folyamathoz.

Az egydimenziós analóg jelet a grafikonja (oszcillogramja) egyértelműen ábrázolja, amely lehet folyamatos vagy töréspontos.

.

A többváltozós jelmodellek különösen hasznosak olyan esetekben, amikor összetett rendszerek működését számítógéppel elemezzük.

Determinisztikus és véletlen jelek. A rádiótechnikai jelek osztályozásának másik elve a pillanatnyi értékük pontos előrejelzésének lehetőségén vagy lehetetlenségén alapul.

Ha a jel matematikai modellje megenged egy ilyen előrejelzést, akkor a jelet determinisztikusnak nevezzük. A hozzárendelés módszerei változatosak lehetnek - egy matematikai képlet, egy számítási algoritmus és végül egy szóbeli leírás.

Analóg (folyamatos), diszkrét és digitális jelek... Gyakran a jelet generáló fizikai folyamat időben úgy fejlődik, hogy a jelértékek bármikor mérhetők. Az ebbe az osztályba tartozó jeleket általában analógnak (folyamatosnak) nevezik. Az „analóg jel” kifejezés azt hangsúlyozza, hogy az ilyen jel „analóg”, teljesen hasonló az azt generáló fizikai folyamathoz.

Az egydimenziós analóg jelet a grafikonja (oszcillogramja) egyértelműen ábrázolja, amely lehet folyamatos vagy töréspontos.

Kezdetben kizárólag analóg típusú jeleket használtak a rádiótechnikában. Az ilyen jelek viszonylag egyszerű műszaki problémák (rádiókommunikáció, televízió stb.) sikeres megoldását tették lehetővé. Az analóg jeleket könnyű volt előállítani, fogadni és feldolgozni az akkori eszközökkel.

A rádiótechnikai rendszerekkel szembeni megnövekedett követelmények, az alkalmazások sokrétűsége új építési elvek keresését kényszerítette. Egyes esetekben az analóg rendszereket impulzusrendszerekre cserélték, amelyek működése diszkrét jelek használatán alapul. A diszkrét jel legegyszerűbb matematikai modellje egy megszámlálható ponthalmaz (egy egész szám) az időtengelyen, amelyek mindegyikénél meghatározzák a jel referenciaértékét. Általában minden jel mintavételi gyakorisága állandó.

A diszkrét jelek egyik előnye az analóg jelekkel szemben, hogy nincs szükség a jel folyamatos reprodukálására. Ennek köszönhetően lehetővé válik a különböző forrásokból származó üzenetek továbbítása ugyanazon a rádiókapcsolaton keresztül, többcsatornás kommunikáció megszervezésével a csatornák időosztásával.

Intuitív módon a gyorsan változó analóg jelekhez kis lépésekre van szükség a mintavételhez.

A diszkrét jelek egy speciális fajtája a digitális jel. Jellemzőjük, hogy a leolvasási értékek számok formájában jelennek meg. A megvalósítás és a feldolgozás technikai kényelme érdekében általában korlátozott és általában nem túl nagy számjegyű bináris számokat használnak. A közelmúltban a digitális jelekkel rendelkező rendszerek széles körű elterjedése irányába mutat. Ez a mikroelektronika és az integrált áramkörök által elért jelentős fejlődésnek köszönhető.

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy lényegében minden diszkrét vagy digitális jel (jelről beszélünk - fizikai folyamatról, nem matematikai modellről) analóg jel.

Szigorúan véve determinisztikus jelek, valamint az ezeknek megfelelő determinisztikus folyamatok nem léteznek. A rendszer elkerülhetetlen kölcsönhatása a környező fizikai objektumokkal, a kaotikus hőingadozás jelenléte és egyszerűen hiányos ismeretek a rendszer kezdeti állapotáról - mindez arra késztet bennünket, hogy a valós jeleket az idő véletlenszerű függvényeinek tekintsük.

A rádiótechnikában a véletlenszerű jelek gyakran interferenciaként jelentkeznek, megakadályozva az információ kinyerését a vett hullámformából. Az interferencia elleni küzdelem, a rádióvétel zajállóságának növelése a rádiótechnika egyik központi problémája.

Úgy tűnhet, hogy a "véletlenszerű jel" fogalma ellentmondásos. Azonban nem. Például a rádióteleszkóp-vevő kimenetén a kozmikus sugárzás forrására irányított jel kaotikus oszcilláció, amely azonban sokféle információt hordoz egy természeti objektumról.

A determinisztikus és a véletlen jelek között nincs áthághatatlan határ. Nagyon gyakran olyan körülmények között, ahol az interferencia szintje sokkal kisebb, mint egy ismert alakú hasznos jel szintje, egy egyszerűbb determinisztikus modell eléggé megfelelőnek bizonyul az adott feladathoz.

Üzenetek hordozójaként megfelelő tartományú nagyfrekvenciás elektromágneses rezgéseket (rádióhullámokat) használnak, amelyek nagy távolságokra terjedhetnek.

Az adó által kibocsátott vivőfrekvencia oszcillációját a következők jellemzik: amplitúdó, frekvencia és kezdeti fázis. Általános esetben a következő formában jelenik meg:

i = I m sin (ω 0 t + Ψ 0),

ahol: én- a vivőoszcilláció áramának pillanatnyi értéke;

én m- a vivőoszcilláció áramának amplitúdója;

ω 0 - a vivőhullám szögfrekvenciája;

Ψ 0 – a vivőhullám kezdeti fázisa.

A távadó működését vezérlő elsődleges jelek (elektromos formába konvertált továbbított üzenet) megváltoztathatják ezen paraméterek valamelyikét.

A nagyfrekvenciás áramparaméterek elsődleges jellel történő szabályozásának folyamatát modulációnak (amplitúdó, frekvencia, fázis) nevezik. A távirati adásoknál a „manipuláció” kifejezést használják.

A rádiókommunikációban az információ továbbítására rádiójeleket használnak:

rádiótávíró;

rádiótelefon;

fototávíró;

telekód;

összetett jeltípusok.

A rádiótávíró kommunikáció különbözik: a távirati módszer szerint; manipulációs módszerrel; a távirati kódok használatáról; a rádiócsatorna használatával.

Az átvitel módjától és sebességétől függően a rádiótávíró-kommunikációt manuálisra és automatikusra osztják. Kézi sebességváltó esetén a manipulációt távírókulccsal hajtják végre a MORSE kód segítségével. Az átviteli sebesség (auditív vétel esetén) 60–100 karakter percenként.

Az automata sebességváltóban a manipulációt elektromechanikus eszközök, a vételt pedig nyomdaeszközök segítségével végzik. Átviteli sebesség 900-1200 karakter percenként.

A rádiócsatorna használatának módja szerint a távirati adásokat egycsatornásra és többcsatornásra osztják.

A manipulációs módszerrel a legelterjedtebb távírójelek közé tartoznak az amplitúdóeltolásos (АТ - amplitúdótávíró - A1), frekvenciaeltolásos (ChT és DCHT - frekvenciatávíró és kettős frekvenciás távirat - F1 és F6) - relatív fázisú jelek. shift keying (OFT - fázistávírás - F9).

A távírókódok alkalmazásához MORSE-kóddal rendelkező távírórendszereket használnak; start-stop rendszerek 5 és 6 számjegyű kódokkal és mások.

A távírójelek azonos vagy eltérő időtartamú téglalap alakú impulzusok (üzenetek) sorozata. A legkisebb időtartamú üzenetet eleminek nevezzük.

A távírójelek alapvető paraméterei: távirati sebesség (V); manipuláció gyakorisága (F) spektrum szélesség (2D f).

Távírási sebesség V egyenlő a másodpercenként továbbított chipek számával, baudban mérve. 1 baud távirati sebesség mellett másodpercenként egy elemi üzenet kerül továbbításra.

Manipulációs gyakoriság F számszerűen megegyezik a távirati sebesség felével Vés hertzben mérik: F = V / 2 .

Amplitúdó-eltolásos távírójel spektrummal rendelkezik (2.2.1.1. ábra), amely a vivőfrekvencián kívül végtelen számú frekvenciakomponenst tartalmaz, amelyek annak két oldalán helyezkednek el, az F manipulációs frekvenciával egyenlő intervallumokban. három spektrumkomponens található mindkét oldalon a fuvarozóé. Így egy amplitúdóeltolásos kulcsú CW RF jel spektrumszélessége 6F. Minél magasabb a kulcsolási frekvencia, annál szélesebb a HF CW jel spektruma.

Rizs. 2.2.1.1. Az AT jel idő- és spektrális ábrázolása

Nál nél frekvenciaeltolásos billentyűzés az antennában lévő áram amplitúdója nem változik, csak a frekvencia változik a manipuláló jel változásának megfelelően. Az FT jel (DCF) spektruma (2.2.1.2. ábra) mintegy két (négy) független amplitúdó-manipulált rezgés spektruma, saját vivőfrekvenciájukkal. A "kinyomás" és a "kinyomás" gyakorisága közötti különbséget frekvencia elválasztásnak nevezzük, ezt jelöljük ∆fés 50 - 2000 Hz (leggyakrabban 400 - 900 Hz) tartományban lehet. Az FT jel spektrumának szélessége 2∆f + 3F.

2.2.1.2. ábra. Az FT-jel idő- és spektrális ábrázolása

A rádiókapcsolat átviteli sebességének növelésére többcsatornás rádiótávíró rendszereket használnak. Ezekben egy rádióadó egy vivőfrekvenciáján két vagy több távíróműsor is sugározható egyidejűleg. Megkülönböztetik a frekvenciaosztásos multiplexelést, az időosztásos multiplexelést és a kombinált rendszereket.

A legegyszerűbb kétcsatornás rendszer a kétfrekvenciás távíró (DFC) rendszer. A frekvenciakulcsos jelek továbbítása a DCT rendszerben az adó vivőfrekvenciájának megváltoztatásával történik, a rajta lévő két távírókészülék jeleinek egyidejű hatására. Ebben az esetben azt használják, hogy két, egyidejűleg működő eszköz jelei csak négyféle továbbított üzenetkombinációt tartalmazhatnak. Ezzel a módszerrel az idő bármely pillanatában egy frekvenciájú jelet bocsátanak ki, amely a manipulált feszültségek bizonyos kombinációjának felel meg. A fogadó készülék dekóderrel rendelkezik, melynek segítségével két csatornán keresztül egyenáramú távíró üzenetek generálódnak. A frekvencia-sűrítés azt jelenti, hogy az egyes csatornák frekvenciái a teljes frekvenciatartomány különböző részein helyezkednek el, és az összes csatorna egyidejű adása történik.

A csatornák időbeli felosztásával minden távírókészülékhez elosztók segítségével egymás után rádióvonalat biztosítanak (2.2.1.3. ábra).

2.2.1.3. ábra. Többcsatornás időosztási rendszer

A rádiótelefon üzenetek továbbítására elsősorban amplitúdómodulált és frekvenciamodulált nagyfrekvenciás jeleket használnak. Az LF moduláló jel egy bizonyos sávban elhelyezkedő nagyszámú, különböző frekvenciájú jel gyűjteménye. A szabványos LF telefonjel sávszélessége általában 0,3–3,4 kHz.