Analóg, diszkrét és digitális jelek

A modern kommunikációs rendszerek fejlesztésének egyik irányzata a diszkrét-analóg és digitális jelfeldolgozás (DAO és DSP) elterjedése bennük.

Az eredetileg a rádiótechnikában használt Z '(t) analóg jel folyamatos grafikonként ábrázolható (2.10a. ábra). Az analóg jelek közé tartoznak az AM, FM, FM jelek, telemetriai érzékelő jelek stb. Az analóg jeleket feldolgozó eszközöket analóg feldolgozó eszközöknek nevezzük. Ilyen eszközök a frekvenciaváltók, különféle erősítők, LC szűrők stb.

Az analóg jelek optimális vétele általában optimális lineáris szűrési algoritmust biztosít, amely különösen összetett zajszerű jelek használatakor releváns. Ebben az esetben azonban az illesztett szűrő felépítése nagyon nehéz. Többcsapos késleltetési vonalakon (magnetostrikciós, kvarc stb.) alapuló illesztett szűrők használatakor nagy csillapítás, méretek és késleltetési instabilitás érhető el. A felületi akusztikus hullámokon (SAW) alapuló szűrők ígéretesek, de a bennük feldolgozott jelek rövid időtartama és a szűrőparaméterek hangolásának bonyolultsága korlátozza alkalmazási körüket.

Az 1940-es években az analóg RES-t felváltották az analóg bemeneti folyamatok diszkrét feldolgozó eszközei. Ezek az eszközök a jelek diszkrét analóg feldolgozását (DAO) biztosítják, és nagyszerű képességekkel rendelkeznek. Itt a jel időben diszkrét, állapotában folyamatos. Egy ilyen Z '(kT) jel impulzussorozat, amelynek amplitúdója megegyezik a Z' (t) analóg jel értékeivel diszkrét időpontokban t = kT, ahol k = 0,1,2, ... egész számok. A folyamatos Z'(t) jelről a Z' (kT) impulzussorozatra való átmenetet időmintavételezésnek nevezzük.

2.10. ábra Analóg, diszkrét és digitális jelek

2.11. ábra Analóg jel mintavételezése

Az analóg jel időbeni mintavételezését az "AND" koincidencia fokozat (2.11. ábra) végezheti, melynek bemenetén a Z '(t) analóg jel hat. A koincidencia kaszkádot az UT (t) órafeszültség vezérli - tp időtartamú rövid impulzusok, amelyek T >> tp időközönként következnek.

A T mintavételi intervallumot a Kotelnyikov-tételnek megfelelően választjuk ki: T = 1 / 2Fmax, ahol Fmax az analóg jelspektrum maximális frekvenciája. Az fd = 1 / T frekvenciát mintavételezési frekvenciának nevezik, és a 0, T, 2T, ... jelértékek halmaza amplitúdó-impulzus modulációval (AMM) rendelkező jel.

Az 1950-es évek végéig a PAM jeleket csak beszédjelek átalakítására használták. A rádiórelé csatornán keresztüli átvitelhez az AIM jelet fázisimpulzus modulációs (PPM) jellé alakítják. Ebben az esetben az impulzusok amplitúdója állandó, és a beszédüzenetre vonatkozó információt az impulzus Dt eltérése (fázisa) tartalmazza egy bizonyos átlagos pozícióhoz képest. Egy jel rövid impulzusait használva, és más jelek impulzusait közéjük helyezve többcsatornás kommunikáció érhető el (de legfeljebb 60 csatorna).

Jelenleg a DAO intenzíven fejlődik a "tűzláncok" (PC) és a töltőcsatlakozásos (CCD) eszközök alkalmazása alapján.

A 70-es évek elején impulzuskódos modulációval (PCM) rendelkező rendszerek kezdtek megjelenni a különböző országok és a Szovjetunió kommunikációs hálózatain, ahol digitális formában használtak jeleket.

A PCM folyamat egy analóg jel számokká alakítása, három műveletből áll: időmintavételezés T időközönként (2.10. ábra, b), szint szerinti kvantálás (2.10. ábra, c) és kódolás (2.10. ábra, e). ). Az időbeli mintavételezésről fentebb volt szó. A szintkvantálási művelet abból áll, hogy egy impulzussorozatot, amelynek amplitúdója megfelel a 3 analóg jel diszkrét időpontokban lévő értékeinek, olyan impulzussorozattal helyettesítjük, amelynek amplitúdója csak korlátozott számú rögzített amplitúdót vehet fel. értékeket. Ez a művelet kvantálási hibához vezet (2.10. ábra, d).

A ZKV '(kT) jel időben és állapotban egyaránt diszkrét jel. A vételi oldalon a Z '(kT) jel lehetséges u0, u1, ..., uN-1 értékei ismertek, ezért nem azok az uk értékek kerülnek továbbításra, amelyeket a jel a T intervallumon vett. , hanem csak a szintszáma k. A fogadó oldalon a kapott k szám szerint visszaáll az uk érték. Ebben az esetben a kettes számrendszerben szereplő számsorozatok - kódszavak - átvitel tárgyát képezik.

A kódolási folyamat lényege, hogy a kvantált Z'(kT) jelet kódszavak sorozatává alakítjuk (x (kT)). ábrán. 2.10, d kódszavakat ábrázol három bitet használó bináris kódkombinációk sorozata formájában.

A figyelembe vett PCM műveleteket a DSP-ben használják DSP-vel, míg a PCM nemcsak analóg, hanem digitális jelekhez is szükséges.

Mutassuk meg a PCM szükségességét, amikor digitális jeleket fogadunk rádiócsatornán keresztül. Tehát a dekaméteres tartományban történő adásnál a digitális jel xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxа eleme (i = 0,1), amely az n-edik kódelemet tükrözi, a rádióvevő bemenetén várható jelet az adalékkal együtt. A zaj ξ (t) a következőképpen ábrázolható:

z / i (t) = μx (kT) + ξ (t), (2.2)

(0 ≤ t ≥ TE),

ahol μ a csatorna átviteli együtthatója, TE a jelelem időtartama. A (2.2)-ből látható, hogy a rádióvezérlő rendszer bemenetén fellépő interferencia jelek halmazát alkotja, amelyek analóg oszcillációk.

Példák a digitális áramkörökre: logikai kapuk, regiszterek, flip-flopok, számlálók, memóriaeszközök stb. Az IC-k és LSI-k csomópontjainak száma szerint a DSP-vel rendelkező RFP-k két csoportra oszthatók:

1. Analóg-digitális RPU-k, amelyek az IC-n külön egységekkel rendelkeznek: frekvenciaszintetizátor, szűrők, demodulátor, AGC stb.

2. Digitális rádióvevők (TsRPU), amelyekben a jel feldolgozása analóg-digitális átalakító (ADC) után történik.

ábrán. A 2.12 a dekaméter tartomány DAC fő (információs csatornájának) elemeit mutatja: a vételi út analóg részét (AFC), az ADC-t (mintavevőből, kvantálóból és kódolóból), a digitális része vételi útvonal (DAC), digitális-analóg konverter (DAC) és alacsonyabb szűrőfrekvenciák (LPF). Kettős vonalak jelzik a digitális jelek (kódok) átvitelét, és egysorok - analóg és PAM jelek.

2.12. ábra A fő (információs csatorna) TsRPU dekaméter tartomány elemei

Az AChPT előzetes frekvenciaszelektivitást, jelentős erősítést és a Z'(T) jel frekvenciakonverzióját eredményezi. Az ADC a Z '(T) analóg jelet x (kT) digitális jellé alakítja (2.10. ábra, e).

A CHPT-ben általában további frekvenciakonverziót, szelektivitást (a digitális szűrőben - a fő szelektivitást) és az analóg és diszkrét üzenetek digitális demodulációját (frekvencia, relatív fázis és amplitúdó távirat) hajtják végre. A CChPT kimenetén y (kT) digitális jelet kapunk (2.10. ábra, e). Ez a jel egy adott algoritmus szerint feldolgozva a CHPT kimenetéről a DAC-ba vagy a számítógép memóriájába kerül (adatfogadáskor).

Sorosan kapcsolt DAC-ban és aluláteresztő szűrőben az y (kT) digitális jel először időben folytonos és diszkrét állapotú y (t) jellé, majd yF (t) jellé alakul át, amely folytonos. időben és állapotokban (2.10. ábra, g , h).

A digitális vezérlőközpont számos digitális jelfeldolgozási módszere közül a digitális szűrés és demoduláció a legfontosabb. Tekintsük a digitális szűrő (DF) és egy digitális demodulátor (CD) algoritmusait és szerkezetét.

A digitális szűrő egy diszkrét rendszer (fizikai eszköz vagy számítógépes program). A bemeneti jel numerikus mintáinak sorozatát (x (kT)) a kimeneti jel sorozatává (y (kT)) alakítja át.

A fő CF-algoritmusok a következők: egy lineáris differenciálegyenlet, egy diszkrét konvolúciós egyenlet, egy operátor átviteli függvény a z-síkban és egy frekvenciamenet.

Azokat az egyenleteket, amelyek leírják a számsorozatokat (impulzusokat) a digitális szűrő bemenetén és kimenetén (diszkrét rendszer késleltetéssel), lineáris differencia egyenleteknek nevezzük.

A rekurzív CF lineáris differencia egyenlete a következő:

, (2.3)

ahol x [(k-m) T] és y [(k-n) T] a numerikus minták bemeneti és kimeneti sorozatának értéke (k-m) T időpontban, illetve (k-n) T időpontban; m és n - a késleltetett összegzett előző bemeneti és kimeneti numerikus minták száma, rendre;

a0, a1,…, am és b1, b2,…, bn valós súlyegyütthatók.

A (3) pontban az első tag egy nem rekurzív CF lineáris differenciálegyenlete. A CF diszkrét konvolúciós egyenlete egy lineáris differencia-nem rekurzív CF-ből adódik úgy, hogy az al-t h-ra cseréljük (lT):

, (2.4)

ahol h (lT) a CF impulzusválasza, amely egyetlen impulzusra adott válasz.

Az operátorátviteli függvény a CF kimenetén és bemenetén lévő Laplace-transzformált függvények aránya:

, (2.5)

Ezt a függvényt közvetlenül a differenciaegyenletekből kapjuk meg a diszkrét Laplace-transzformáció és az eltolástétel segítségével.

Egy diszkrét Laplace-transzformáció, például egy sorozat (x (kT)), úgy értendő, mint az alak L - képének megszerzése.

, (2.6)

ahol p = s + jw a komplex Laplace-operátor.

Az eltolás (eltolódás) tétele a diszkrét függvényekre vonatkozóan megfogalmazható: az eredeti független változójának időbeni eltolása ± mT-vel az L-kép szorzatának felel meg. Például,

Figyelembe véve a diszkrét Laplace-transzformáció linearitási tulajdonságait és az eltolási tételt, egy nem rekurzív CF kimeneti számsorozata a következő alakot ölti majd:

, (2.8)

Ezután a nem rekurzív CF operátorátviteli függvénye:

, (2.9)

2.13. ábra

Hasonlóképpen, a (2.3) képlet figyelembevételével megkapjuk a rekurzív CF operátorátviteli függvényét:

, (2.10)

Az operátorátviteli függvény képletek összetettek. Emiatt nagy nehézségek merülnek fel a mezők és pólusok (a számláló polinomjának 2.13. ábra gyökei és a nevező polinomjának gyökei) vizsgálata során, amelyek a p-síkban periodikus frekvenciájú szerkezetűek.

A CF-ek elemzése és szintézise leegyszerűsödik a z - transzformáció alkalmazásakor, amikor a z = epT vagy z-1 = e-pT összefüggéssel egy új, p-hez kapcsolódó z komplex változóra lépünk át. Itt a p = s + jw komplex síkot egy másik z = x + jy komplex sík jeleníti meg. Ehhez es + jw = x + jy szükséges. ábrán. A 2.13 a p és z komplex síkokat mutatja.

A (2.9) és (2.10) e-pT = z-1 változók változtatásával a z-síkban átviteli függvényeket kapunk a nem rekurzív és a rekurzív CF-ekre:

, (2.11)

, (2.12)

Egy nem rekurzív CF átviteli függvényében csak nullák vannak, tehát abszolút stabil. A rekurzív CF akkor lesz stabil, ha pólusai a z-sík egységkörén belül helyezkednek el.

A CF átviteli függvénye a z változó negatív hatványaiban lévő polinom formájában lehetővé teszi a CF szerkezeti diagramjának összeállítását közvetlenül a HTS (z) függvény alakjából. A z-1 változót egységkésleltetési operátornak, a blokkdiagramokban pedig késleltetési elemnek nevezzük. Ezért a HTS (z) átviteli függvény számlálójának és nevezőjének legnagyobb hatványai határozzák meg a késleltetési elemek számát a DF nem rekurzív és rekurzív részében.

Egy digitális szűrő frekvenciamenetét közvetlenül a z-síkban lévő átviteli függvényéből kapjuk meg úgy, hogy z-t ejl-re cseréljük (vagy z-1-et e-jl-re) és végrehajtjuk a szükséges transzformációkat. Ezért a frekvenciamenet a következőképpen írható fel:

, (2.13)

ahol KC (l) az amplitúdó-frekvencia (AFC), φ (l) pedig a DF fázisfrekvenciás jellemzői; l = 2 f '- digitális frekvencia; f '= f / fD - relatív gyakoriság; f a ciklikus frekvencia.

A DF karakterisztikája KC (jl) az l digitális frekvencia 2-es periódusú (vagy relatív frekvenciákon egy) periodikus függvénye. Valóban, ejl ± jn2 = ejl ± jn2 = ejl, mivel az Euler-képlet szerint ejn2 = cosn2 + jsinn2 = 1.

2.14. ábra Az oszcillációs áramkör blokkvázlata

A rádiótechnikában az analóg jelfeldolgozáshoz a legegyszerűbb frekvenciaszűrő az LC oszcillációs áramkör. Mutassuk meg, hogy a digitális feldolgozásban a legegyszerűbb frekvenciaszűrő egy másodrendű rekurzív kapcsolat, melynek átviteli függvénye a z-síkban

, (2.14)

és a blokkdiagram az ábrán látható formájú. 2.14. Itt a Z-1 operátor egy diszkrét késleltetési elem a DF egy órajeléhez, a nyilakkal ellátott vonalak a0-val, b2-vel és b1-gyel való szorzást jelölik, a „blokk +” pedig egy összeadót jelöl.

Az elemzés egyszerűsítésére a (2.14) kifejezésben a0 = 1-et veszünk, z pozitív hatványaiban bemutatva azt kapjuk

, (2.15)

A digitális rezonátor, valamint az oszcilláló LC áramkör átviteli funkciója csak az áramkör paramétereitől függ. L, C, R szerepét a b1 és b2 együtthatók játsszák.

A (2.15)-ből látható, hogy a másodrendű rekurzív kapcsolat átviteli függvényének a z-síkban egy nulla második multiplicitása (a z = 0 pontban) és két pólusa van.

és

A másodrendű rekurzív kapcsolat frekvenciaválaszának egyenlete a (2.14)-ből származik, z-1 helyett e-jl (a0 = 1 esetén):

, (2.16)

A frekvenciamenet egyenlő a modulussal (2.16):

Az elemi átalakítások elvégzése után. A másodrendű rekurzív hivatkozás frekvenciaválasza a következő formában lesz:

2.15. ábra Másodrendű rekurzív hivatkozás grafikonja

ábrán. A 2.15 a (2.18) szerinti grafikonokat mutatja, ahol b1 = 0. A grafikonokon látható, hogy a másodrendű rekurzív link egy keskeny sávú választási rendszer, i.e. digitális rezonátor. Itt csak az f ' rezonátor frekvenciatartományának működő része látható.<0,5. Далее характери-стики повторяются с интервалом fД

A kutatások azt mutatják, hogy az f0 rezonanciafrekvencia a következő értékeket veszi fel:

f0 '= fD / 4, ha b1 = 0;

f0’ 0;

f0 ’> fД / 4 a b1-nél<0.

A b1 és b2 értékek megváltoztatják a rezonátor rezonanciafrekvenciáját és Q-tényezőjét is. Ha a feltételből b1-et választunk

, ahol, akkor b1 és b2 csak a minőségi tényezőt befolyásolja (f0 ’= const). A rezonátor frekvencia hangolása az fD változtatásával biztosítható.

Digitális demodulátor

A digitális demodulátort az általános kommunikációelmélet olyan számítástechnikai eszköznek tekinti, amely jel és interferencia keverékét dolgozza fel.

Határozzuk meg a CD algoritmusait az AM és FM analóg jelek nagy jel-zaj arányú feldolgozásakor. Ehhez az AChPT kimenetén a jel és interferencia Z ’(t) keskeny sávú analóg keverékének Z / (t) komplex burkológörbéjét ábrázoljuk exponenciális és algebrai formában:

és

, (2.20)

a keverék burkolata és teljes fázisa, ZC (t) és ZS (t) pedig a kvadratúra komponensei.

A (2.20)-ból látható, hogy a Z (t) jel burkológörbéje teljes információt tartalmaz a modulációs törvényről. Ezért a CD-n lévő analóg AM jel feldolgozására szolgáló digitális algoritmus az x (kT) digitális jel XC (kT) és XS (kT) kvadratúra összetevőivel a következőképpen alakul:

Ismeretes, hogy egy jel frekvenciája a fázisának első deriváltja, azaz.

, (2.22)

Ezután (2.20) és (2.22) a következőképpen alakul:

, (2.23)

2.16. ábra A CHPT blokkvázlata

A (2.23)-ban az x (kT) digitális jel XC (kT) b XS (kT) kvadratúra komponenseit felhasználva és a deriváltokat az első különbségekkel helyettesítve digitális algoritmust kapunk a CD-n lévő analóg FM jel feldolgozására:

ábrán. A 2.16 a CChPT blokkdiagramjának egy változatát mutatja AM és FM analóg jelek vételekor, amely egy kvadratúra konverterből (QC) és egy CD-ből áll.

A QP-ben a komplex digitális jel kvadratúra összetevőit úgy alakítjuk ki, hogy az x (kT) jelet megszorozzuk két sorozattal (cos (2πf 1 kT)) és (sin (2πf 1 kT)), ahol f1 a jel középfrekvenciája. a z '(t ) jelspektrum legalacsonyabb frekvenciájú kijelzése. A szorzók kimenetén a digitális aluláteresztő szűrők (LPF) 2f1 frekvenciával elnyomják a harmonikusokat, és digitális mintákat vonnak ki a kvadratúra komponensekből. Itt az LPF-eket digitális alapszelektivitási szűrőként használják. A CD blokkvázlata megfelel a (2.21) és (2.24) algoritmusoknak.

A vizsgált digitális jelfeldolgozási algoritmusok hardveres módszerrel (digitális IC-n alapuló speciális számítógépek, töltőcsatlakozású eszközök vagy felületi akusztikus hullámokon alapuló eszközök használatával) és számítógépes programok formájában valósíthatók meg.

A jelfeldolgozó algoritmus szoftveres megvalósításában a számítógép az al, bl együtthatókon és a benne tárolt x (kT), y (kT) változókon aritmetikai műveleteket hajt végre.

Korábban a számítási módszerek hátrányai a következők voltak: korlátozott teljesítmény, specifikus hibák jelenléte, újratelepítés szükségessége, nagy bonyolultság és költség. Jelenleg ezeket a korlátokat sikeresen leküzdjük.

A digitális jelfeldolgozó eszközök előnyei az analógokkal szemben a tanításhoz és jeladaptációhoz kapcsolódó tökéletes algoritmusok, a jellemzők egyszerű szabályozása, a paraméterek nagy időbeli és hőmérsékleti stabilitása, nagy pontosság, valamint több jel egyidejű és független feldolgozásának lehetősége.

Egyszerű és összetett jelek. Jelzőbázis

A kommunikációs rendszerek jellemzői (paraméterei) javultak a jeltípusok és azok vételi, feldolgozási (leválasztási) módszereinek fejlődésével. Minden alkalommal szükség volt egy korlátozott frekvenciaforrás kompetens elosztására a működő rádióállomások között. Ezzel párhuzamosan foglalkoztak az emissziós sávszélesség jelekkel történő csökkentésével. A jelek vételében azonban problémák adódtak, amelyeket a frekvencia erőforrás egyszerű allokációja nem oldott meg. Csak a jelfeldolgozás statisztikai módszerének – a korrelációs elemzésnek – alkalmazása tette lehetővé e problémák megoldását.

Az egyszerű jeleknek van jelalapjuk

BS = TS * ∆FS≈1, (2,25)

ahol TS a jel időtartama; ∆FS egy egyszerű jel spektrumszélessége.

Az egyszerű jeleken működő kommunikációs rendszereket keskenysávúnak nevezzük. Összetett (kompozit, zajszerű) jelek esetén a TS jel időtartama alatt további moduláció (kulcsolás) történik a frekvenciában vagy fázisban. Ezért itt a következő összefüggést alkalmazzuk egy komplex jel bázisára:

BSS = TS * ∆FSS >> 1, (2,26)

ahol ∆FSS a komplex jel spektrumszélessége.

Néha azt mondják, hogy egyszerű jeleknél ∆FS = 1 / TS az üzenetspektrum. Komplex jelek esetén a jel spektruma ∆FSS / ∆FS-szeresére bővül. Ez redundanciát eredményez a jel spektrumában, ami meghatározza az összetett jelek hasznos tulajdonságait. Ha egy összetett jeleket tartalmazó kommunikációs rendszerben az információátviteli sebességet megnövelik, hogy a komplex jel TS = 1 / ∆FSS időtartamát megkapjuk, akkor ismét egyszerű jel és keskeny sávú kommunikációs rendszer jön létre. A kommunikációs rendszer hasznos tulajdonságai eltűnnek.

A jelspektrum terjesztésének módjai

A fent tárgyalt diszkrét és digitális jelek időosztásos jelek.

Ismerkedjünk meg a szélessávú digitális jelekkel és a többszörös hozzáférés módszereivel kódos (formaszerű) csatornaosztással.

A szélessávú jeleket eredetileg katonai és műholdas kommunikációban használták hasznos tulajdonságaik miatt. Itt a nagy interferencia- és titkosságvédelmet alkalmazták.A szélessávú jelekkel működő kommunikációs rendszer akkor tud működni, amikor a jel energiaelfogása nem lehetséges, a lehallgatás pedig jelminta és speciális eszközök nélkül még vett jellel sem lehetséges.

Shannon a fehér hőzaj darabok használatát javasolta információhordozóként és a szélessávú átvitel módszereként. Bevezette a kommunikációs csatorna sávszélességének fogalmát. Megmutatta az összefüggést az adott arányú információ hibamentes továbbításának lehetősége és a jel által elfoglalt frekvenciasáv között.

Costas javasolta az első kommunikációs rendszert, amely a fehér termikus zaj szegmenseiből származó összetett jeleket tartalmaz. A Szovjetunióban L. E. Varakin javasolta a szélessávú jelek használatát, amikor a kódosztásos többszörös hozzáférési módszert alkalmazzák.

Egy összetett jel bármely változatának ideiglenes ábrázolásához írja be az arányt:

ahol UI (t) és (t) a burkológörbe és a kezdeti fázisok, amelyek lassan változnak

Függvények cosω 0 t-hoz képest; - vivőfrekvencia.

A jel frekvenciaábrázolásával általánosított spektrális formája van

, (2.28)

hol vannak a koordinátafüggvények; - tágulási együtthatók.

A koordinátafüggvényeknek teljesíteniük kell az ortogonalitási feltételt

, (2.29)

és a tágulási együtthatók

(2.30)

A párhuzamos komplex jelekhez kezdetben több frekvenciájú trigonometrikus függvényeket használtak koordinátafüggvényként

, (2.31)

amikor egy komplex jel minden i-edik változatának olyan alakja van

Z i (t) = t . (2.32)

Aztán vétel

A ki = és = - arktg (β ki / ki), (2,33)

Ki, βki - tágulási együtthatók az i-edik jel trigonometrikus Fourier-sorában;

i = 1,2,3, ..., m; m a kód alapja, megkapjuk

Z i (t) = t . (2.34)

Itt a jelkomponensek ki1 / 2π = ki1 / TS és ki2 / 2π = ki2 / TS közötti frekvenciákat foglalnak el; ki1 = min (ki1) és ki2 = max (ki2); ki1 és ki2 - a legkisebb és legnagyobb harmonikus komponensek számai, amelyek jelentősen befolyásolják az i-edik jelváltozat kialakulását; Ni = ki2 - ki1 + 1 a komplex i-edik jel harmonikus összetevőinek száma.

Jel sávszélesség

∆FSS = (ki2 - ki1 + 1) ω 0 / 2π = (ki2 - ki1 + 1) / TS. (2,35)

A jelenergia-spektrum fő része koncentrálódik benne.

A (35) összefüggésből következik, hogy ennek a jelnek az alapja

BSS = TS ∙ ∆FSS = (ki2 - ki1 + 1) = Ni, (2,36)

egyenlő a Ni jel harmonikus összetevőinek számával, amelyeket a jel i-edik változata képez

2.17. ábra

b)

2.18. ábra Jelszórási séma periodikus szekvencia grafikonnal

1996-1997 óta a Qualcomm kereskedelmi célokra elkezdte használni párhuzamos komplex jelek képzésére, amely egy intervallumra ortogonalizált teljes Walsh-függvények (28) részhalmazán (φ k (t)) alapul. Ugyanakkor megvalósul a többszörös hozzáférés módszere a csatornák kódosztásával - a CDMA szabvány (Code Division Multiple Access)

2.19. ábra A korrelációs vevő vázlata

A szélessávú (kompozit) jelek hasznos tulajdonságai

2.20. ábra

A mobil állomásokkal (MS) való kommunikáció során többutas (multipath) jelterjedés nyilvánul meg. Emiatt lehetséges a jel interferencia, ami az elektromágneses tér térbeli eloszlásában mély süllyedések (a jelek elhalványulása) megjelenéséhez vezet. Tehát városi körülmények között a vételi ponton csak sokemeletes épületekből, dombokból stb. visszaverődő jelek lehetnek, ha nincs rálátás. Ezért két 937,5 MHz-es (l = 32 cm) frekvenciájú, 0,5 ns időeltolással érkező, 16 cm-es útkülönbséggel érkező jelet adunk hozzá ellenfázisban.

A vevő bemenetén a jelszint is változik az állomás mellett elhaladó transzporttól.

A keskeny sávú kommunikációs rendszerek nem működhetnek többutas környezetben. Tehát ha egy ilyen rendszer bemenetén három, egy üzenetből álló Si (t) –Si1 (t), Si2 (t), Si3 (t) jelnyaláb van, amelyek időben átfedik egymást a hosszkülönbség miatt. áthaladási útvonalat, akkor a szalagszűrő kimenetén felosztva (Yi1 (t), Yi2 (t), Yi3 (t)) lehetetlen.

Az összetett jelekkel rendelkező kommunikációs rendszerek ellenállnak a rádióterjedés többutas természetének. Tehát, ha a ∆FSS sávot úgy választjuk meg, hogy a korrelációs detektor vagy illesztett szűrő kimenetén a hajtogatott impulzus időtartama kisebb legyen, mint a szomszédos nyalábok késleltetési ideje, akkor egy nyaláb fogható, vagy megfelelő impulzuskésleltetések biztosításával (Gi ( t)) összeadják az energiájukat, ami növeli a jel/zaj arányt. A Rake amerikai kommunikációs rendszer gereblyéhez hasonlóan összegyűjtötte a Holdról visszaverődő jel fogadott nyalábjait, és összegezte azokat.

A jelfelhalmozás elve jelentősen javíthatja a jel zajvédelmét és egyéb tulajdonságait. A jel felhalmozásának gondolatát a jel egyszerű megismétlése adja.

Az első elem erre a célra egy frekvencia szelektív rendszer (szűrő) volt.

A korrelációs elemzés lehetővé teszi a vett jel és a vevő oldalon található referenciajel közötti statisztikai kapcsolat (függőség) meghatározását. A korrelációs függvény fogalmát Taylor vezette be 1920-ban. A korrelációs függvény másodrendű statisztikai átlag az idő függvényében, vagy spektrális átlag, vagy valószínűségi átlag.

Ha az időfüggvények (folyamatos sorozatok) x (t) és y (t) számtani középértékekkel rendelkeznek

A csatornák időbeli felosztásával;

Kódosztásos multiplexelés.

A periodikus függvény a következő:

f (t) = f (t + kT), (2,40)

ahol T a periódus, k bármely egész szám (k =, 2,…). A periodicitás a teljes időtengely mentén létezik (-< t <+ ). При этом на любом отрезке времени равном T будет полное описа­ние сигнала.

A 2.10, a, b, c ábra egy u1(t) periodikus harmonikus jelet, valamint annak amplitúdó- és fázisspektrumát mutatja.

A 2.11, a, b, c ábra egy u2(t) periodikus jel grafikonját mutatja - négyszögletes impulzusok sorozata, valamint annak amplitúdó- és fázisspektruma.

Tehát bármely jel egy bizonyos ideig Fourier-sor formájában ábrázolható. Ekkor a jelek szétválasztása a jelek paraméterein, azaz az amplitúdókon, frekvenciákon és fáziseltolásokon keresztül jelenik meg:

a) olyan jelek, amelyek tetszőleges amplitúdójú, nem átfedő frekvenciájú és tetszőleges fázisú sorai frekvenciában el vannak választva;

b) olyan jelek, amelyek tetszőleges amplitúdójú sorai frekvenciában átfedik egymást, de a sorok megfelelő komponensei között fáziseltolásos fázisban elkülönülnek (a fáziseltolódás a frekvenciával arányos);

Az alábbiakban bemutatjuk az összetett jelekkel rendelkező kommunikációs rendszerek nagy kapacitását.

c) azok a jelek, amelyeknek tetszőleges amplitúdójú, frekvenciában átfedő komponensű (a frekvenciák egybeeshetnek) és tetszőleges fázisú sorai alakjukban különülnek el.

Az alakleválasztás olyan kódszétválasztás, amikor az adó és a vevő oldalon speciálisan egyszerű jelekből létrehozott összetett jelek (minták) vannak.

A komplex jel vételekor először korrelációs feldolgozásnak vetjük alá, majd ezt követően

egy egyszerű jel feldolgozása folyamatban van.

A frekvencia erőforrás megosztása többszörös hozzáféréssel

Napjainkban a jelek bármilyen közegben továbbíthatók (környező térben, vezetékben, optikai kábelben stb.). A frekvenciaspektrum hatékonyságának növelése, valamint az átviteli vonalak csoportos csatornákat képeznek a jelek egy kommunikációs vonalon történő továbbítására. A fogadó oldalon az ellenkező folyamat megy végbe - a csatorna szétválasztása. Tekintsük a csatornaelválasztási módszereket:

2.21. ábra Frekvenciaosztásos többszörös hozzáférésű FDMA

2.22. ábra Időosztásos többszörös hozzáférésű TDMA.

2.23. ábra Kódosztásos többszörös hozzáférésű CDMA

Titkosítás wi-fi hálózatokban

A vezeték nélküli hálózatok adattitkosítása a vezeték nélküli hálózatok természete miatt kapott ekkora figyelmet. Az adatok vezeték nélküli továbbítása rádióhullámok segítségével történik, és általában mindenirányú antennákat használnak. Így az adatokat mindenki hallja – nem csak az, akinek szánják, hanem a fal mögött lakó szomszéd, vagy az ablak alatt laptoppal megálló "érdeklődő" is. Természetesen a vezeték nélküli hálózatok működési távolsága (nincs erősítők vagy irányított antennák) rövid - ideális körülmények között körülbelül 100 méter. A falak, fák és egyéb akadályok nagyon tompítják a jelet, de ez még mindig nem oldja meg a problémát.

Kezdetben csak az SSID-t (hálózatnevet) használták a biztonság érdekében. De általánosságban elmondható, hogy ezt a módszert nagy kiterjedésű védelemnek nevezhetjük - az SSID-t tiszta szövegben továbbítják, és senki sem zavarja a támadót, hogy lehallgatja, majd a beállításokban helyettesítse a kívántat. Arról nem is beszélve, hogy (ez a hozzáférési pontokra vonatkozik), az SSID-nél engedélyezhető a broadcast mód, pl. erőszakkal sugározzák minden hallgató számára.

Ezért szükség volt az adatok titkosítására. Az első ilyen szabvány a WEP – Wired Equivalent Privacy volt. A titkosítás 40 vagy 104 bites kulccsal történik (adatfolyam titkosítás az RC4 algoritmussal statikus kulcson). Maga a kulcs pedig 5 (40 bites kulcs esetén) vagy 13 (104 bites kulcs esetén) ASCII-karakterek készlete. Ezeknek a karaktereknek a halmaza hexadecimális számjegyek sorozatává alakul, amelyek a kulcs. Számos gyártó illesztőprogramja lehetővé teszi a hexadecimális értékek (azonos hosszúságú) közvetlen beírását az ASCII karakterek helyett. Kérjük, vegye figyelembe, hogy az ASCII karaktersorozatból hexadecimális kulcsértékekre történő fordítási algoritmusok gyártónként eltérőek lehetnek. Ezért, ha hálózata eltérő vezeték nélküli berendezést használ, és nem tudja beállítani a WEP-titkosítást ASCII kulcskifejezéssel, próbálja meg inkább hexadecimálisan megadni a kulcsot.

De mi a helyzet a gyártók nyilatkozataival a 64 és 128 bites titkosítás támogatásáról? Igaz, a marketing szerepet játszik itt – a 64 több mint 40, a 128 pedig a 104. A valóságban az adatok titkosítása 40 vagy 104 hosszúságú kulccsal történik. De az ASCII kifejezésen (a kulcs statikus összetevője) kívül egy olyan dolog is, mint Initialization Vector - IV Az inicializálási vektor. A kulcs többi részének véletlenszerű beállítására szolgál. A vektor véletlenszerűen van kiválasztva, és működés közben dinamikusan változik. Elvileg ez egy ésszerű megoldás, mivel lehetővé teszi egy véletlenszerű komponens beillesztését a kulcsba. A vektor 24 bit hosszú, így a kulcs teljes hossza 64 (40 + 24) vagy 128 (104 + 24) bit.

Minden jó lenne, de a használt titkosítási algoritmus (RC4) jelenleg nem túl erős - erős vágy esetén viszonylag rövid időn belül brute-force a kulcs. Ennek ellenére a WEP fő sebezhetősége az inicializálási vektorral kapcsolatos. Az IV csak 24 bites. Így nagyjából 16 millió kombinációt kapunk – 16 millió különböző vektort. Bár a „16 millió” szám meglehetősen lenyűgözőnek hangzik, a világon minden relatív. A valós munkában az összes lehetséges kulcsváltozatot tíz perctől több óráig terjedő időközönként használják (40 bites kulcs esetén). Ezt követően a vektorok ismétlődnek. A támadónak csak elegendő számú csomagot kell összegyűjtenie, egyszerűen figyelve a vezeték nélküli hálózati forgalmat, és meg kell találnia ezeket az ismétlődéseket. Ezt követően egy statikus c

Osztályozzuk a jeleket. A jelek a következőkre oszlanak:

meghatározó;

véletlen.

A determinisztikus jelek olyan jelek, amelyek bármikor pontosan meghatározhatók. Ezzel szemben a véletlen jelek egyes paraméterei nem jósolhatók előre.

Szigorúan véve, mivel egy üzenet forrása (például egy érzékelő) véletlenszerű kibocsátása, lehetetlen pontosan megjósolni a jelparaméterek értékeinek változását. Következésképpen a jel alapvetően véletlenszerű. A determinisztikus jeleknek csak az információs és a számítástechnika felállítása és beállítása, a szabványok szerepét betöltõ független jelentésük nagyon korlátozott.

A paraméterek szerkezetétől függően a jelek a következőkre oszthatók:

diszkrét;

folyamatos;

diszkrét folyamatos.

Egy jelet akkor tekintünk diszkrétnek egy adott paraméterhez, ha a paraméter által felvehető értékek száma véges (megszámlálható). Ellenkező esetben a jel ennél a paraméternél folyamatosnak minősül. Az egyik paraméterben diszkrét, a másikban folytonos jelet diszkrét-folytonosnak nevezzük.

Ennek megfelelően a következő jeltípusokat különböztetjük meg (1.4. ábra):

a) Folyamatos szinten és időben (analóg) a mikrofonok, hőmérséklet-érzékelők, nyomásérzékelők stb. kimenetén lévő jelek.

b) Folyamatos szinten, de időben diszkrét. Az ilyen jeleket az analóg jelek időben történő mintavételezésével kapjuk.

Rizs. 1.4. A jelek fajtái.

A mintavételezés alatt egy folytonos időfüggvény (különösen egy folytonos jel) transzformációját értjük olyan diszkrét időfüggvénnyel, amely koordinátáknak, mintáknak vagy mintáknak nevezett mennyiségek sorozatát reprezentálja (mintaérték).

A legelterjedtebb módszer a diszkretizálás, amelyben a koordináták szerepét egy folytonos függvény (jel) pillanatnyi értékei játsszák az S (t i) idő bizonyos pontjaiban, ahol i = 1,…, n. Az ezen pillanatok közötti időintervallumokat mintaintervallumoknak nevezzük. Ezt a fajta mintavételt gyakran impulzusamplitúdó modulációnak (PAM) nevezik.

c) Szintben diszkrét, időben folyamatos. Ilyen jeleket a folyamatosakból kapunk a szintkvantálás eredményeként.

A szintkvantálás (vagy egyszerűen kvantálás) alatt valamilyen mennyiség folyamatos értékskálával (például egy jel amplitúdójával) történő átalakítását értjük egy diszkrét értékskálával rendelkező mennyiséggé.

Ez a folyamatos értékskála 2m + 1 intervallumokra van felosztva, amelyeket kvantálási lépéseknek neveznek. A j-edik kvantálási lépéshez tartozó pillanatnyi értékek halmazából csak egy S j érték megengedett, ezt j-edik kvantálási szinteknek nevezzük. A kvantálás a folyamatos jel bármely pillanatnyi értékének a kvantálási szintek véges halmazának (általában a legközelebbi) valamelyikével való helyettesítésére korlátozódik:

S j, ahol j = -m, -m + 1, ..., -1,0,1, ..., m.

Az S j értékek halmaza a kvantálási szintek diszkrét skáláját alkotja. Ha ez a skála egységes, pl. a ΔS j = S j - S j-1 különbség állandó, a kvantálást egységesnek nevezzük. Ellenkező esetben egyenetlen lesz. A technikai megvalósítás egyszerűsége miatt az egységes kvantálás vált a legelterjedtebbé.

d) Szintben és időben diszkrét. Az ilyen jeleket egyidejű mintavétellel és kvantálással kapjuk. Ezek a jelek könnyen ábrázolhatók digitális formában (digitális minta), pl. véges számú számjegyű számok formájában, minden impulzust egy számmal helyettesítve, amely annak a kvantálási szintnek a számát jelöli, amelyet az impulzus egy adott időpontban elért. Emiatt ezeket a jeleket gyakran digitális jeleknek nevezik.

A folytonos jelek diszkrét (digitális) formában való bemutatásának lendületét a második világháború idején a beszédjelek osztályozásának igénye jelentette. A folyamatos jelek digitális átalakítására még nagyobb ösztönzést jelentett a számítógépek létrehozása, amelyeket számos információátviteli rendszerben jelforrásként vagy vevőként használnak.

Íme néhány példa a folyamatos jelek digitális átalakítására. Például a digitális telefonrendszerekben (G.711 szabvány) az analóg jel helyettesítése mintasorozattal 2F = 8000 Hz, T d = 125 μs frekvenciával történik (a telefonjel frekvenciatartománya óta 300-3400 Hz, és a Nyquist-tétel -Kotelnikova mintavételezési frekvenciája legalább kétszerese legyen az F) átalakított jel maximális frekvenciájának. Továbbá minden impulzus egy 8 bites analóg-digitális konverterben (ADC - ADC-Analog-to-Digital Converter) van helyettesítve egy bináris kóddal, amely figyelembe veszi a minta előjelét és amplitúdóját (256 kvantálási szint). Ezt a kvantálási folyamatot impulzuskód modulációnak (PCM vagy PCM) nevezik. Ebben az esetben az "A = 87,6" nevű nemlineáris kvantálási törvényt alkalmazzák, amely jobban figyelembe veszi a beszédjelek emberi észlelésének természetét. Egy telefonüzenet átviteli sebessége 8 × 8000 = 64 Kbps. Egy 30 csatornás telefonos üzenetküldő rendszer (a CCITT szabvány hierarchiájának első szintje - PDH-E1) a csatornák időosztásával már 2048 Kbit / s sebességgel működik.

Ha digitális zenét rögzítenek legfeljebb 74 perc sztereó hangot tartalmazó CD-re (Compact Disk), 2F≈44,1 kHz mintavételezési frekvenciát használnak (mivel az emberi fül hallási határa 20 kHz plusz 10% ráhagyás ) és az egyes minták 16 bites lineáris kvantálása (65536 hangjelszint, 7-8 bit elegendő a beszédhez).

A diszkrét (digitális) jelek használata drámaian csökkenti a torz információk megszerzésének valószínűségét, mivel:

ebben az esetben hatékony kódolási technikák alkalmazhatók, amelyek hibafelismerést és -javítást tesznek lehetővé (lásd 6. témakör);

elkerülhető a folyamatos jelben rejlő torzítások felhalmozódása azok átvitele és feldolgozása során, mivel a kvantált jel könnyen visszaállítható az eredeti szintre, amikor a felhalmozott torzítás mértéke megközelíti a kvantálási lépés felét.

Ezenkívül ebben az esetben az információk feldolgozása és tárolása számítógépes technológia segítségével is elvégezhető.

Szinte a kezdetektől fogva az emberi törzsek azzal az igénysel szembesültek, hogy ne csak információt gyűjtsenek, hanem azt is kicseréljék egymással. Ha azonban a szomszédokkal nem volt olyan nehéz ezt megtenni (nyelv és írás), akkor a távolabbiaknál ez a folyamat okozott némi gondot.

Idővel megoldódtak a jel feltalálásával. eleinte meglehetősen primitívek voltak (füst, hang stb.), de fokozatosan az emberiség felfedezte a természet új törvényeit, amelyek hozzájárultak az információtovábbítás új módjainak feltalálásához. Nézzük meg, milyen típusú jelek vannak, és fontoljuk meg, hogy melyiket használják leggyakrabban a modern társadalomban.

Amit jelnek neveznek

Ez a szó egy rendszer által kódolt információt jelent, amelyet egy speciális csatornán továbbítanak, és egy másik rendszer képes dekódolni.

Sok tudós úgy véli, hogy az evolúció fő mozgatórugója a biológiai szervezetek vagy akár az egyes sejtek egymás közötti kölcsönhatási képessége (tápanyagok jelenlétét vagy veszélyt jelezve).

Mindegyik fizikai folyamat jelként működhet, amelynek paraméterei a továbbított adatok típusához igazodnak. Például egy telefonrendszerben egy adó a beszélő szavait elektromos feszültségjellé alakítja, amelyet vezetékeken keresztül továbbít egy vevőkészülékhez, amelynek közelében a hallgató személy tartózkodik.

Jel és üzenet

Ez a két fogalom jelentésében nagyon közel áll egymáshoz – tartalmaznak bizonyos adatokat, amelyeket a küldőtől a címzetthez továbbítanak. Van azonban közöttük egy kézzelfogható különbség.

E cél eléréséhez az üzenetet a címzettnek el kell fogadnia. Vagyis életciklusa három szakaszból áll: információ kódolás - továbbítás - üzenet dekódolás.

Jel esetén annak elfogadása nem feltétele a létezésének. Vagyis a benne titkosított információ dekódolható, de hogy megcsinálja-e valaki, nem tudni.

A jelek osztályozása különböző kritériumok szerint: fő típusok

A természetben sokféle jel létezik, amelyek különböző jellemzőkkel rendelkeznek. Ebben a tekintetben e jelenségek osztályozására különféle kritériumokat alkalmaznak. Tehát három kategória van:

• Etetési mód szerint (rendszeres / szabálytalan).
• A fizikai természet típusa szerint.
• A paramétereket leíró függvény típusa szerint.

Jelek a fizikai természet típusa szerint

Az oktatás módjától függően a jelek típusai a következők.

• Elektromos (információhordozó - időben változó áram vagy feszültség egy elektromos áramkörben).
• Mágneses.
• Elektromágneses.
• Termikus.
• Ionizáló sugárzás jelei.
• Optikai / fény.
• Akusztikus (hang).

Az utolsó két jelzéstípus egyben a kommunikációtechnikai műveletek legegyszerűbb példája is, melynek célja az aktuális helyzet sajátosságairól való értesítés.

Leggyakrabban veszélyekre vagy rendszerhibákra való figyelmeztetésre használják.

Gyakran hang- és optikai változatokat használnak koordinátorként az automatizált berendezések zavartalan működéséhez. Tehát bizonyos típusú vezérlőjelek (parancsok) cselekvésre ösztönzik a rendszert.

Például a tűzriasztóknál, amikor az érzékelők füstnyomokat észlelnek, éles hangot adnak ki. Ezt viszont a rendszer vezérlőjelként érzékeli a tűzforrás eloltására.

Egy másik példa arra, hogy egy jel (a jelek típusait a fizikai természet típusa szerint fent felsoroltuk) veszély esetén aktiválja a rendszer működését, az emberi test hőszabályozása. Tehát, ha különböző tényezők hatására a testhőmérséklet emelkedik, a sejtek "informálják" az agyat erről, és az bekapcsolja a "testhűtő rendszert", amelyet mindenki jobban izzadásként ismer.

A funkció típusa szerint

Ehhez a paraméterhez különböző kategóriák vannak hozzárendelve.

• Analóg (folyamatos).
• Kvantum.
• Diszkrét (impulzus).
• Digitális jel.

Az összes ilyen típusú jel elektromos. Ez annak köszönhető, hogy nem csak könnyebben kezelhetők, hanem nagy távolságra is könnyen átvihetők.

Mi az analóg jel és típusai

Ezt a nevet a természetes eredetű jelekre adják, amelyek időben folyamatosan változnak (folyamatos), és egy bizonyos intervallumon belül különböző értékeket vehetnek fel.

Tulajdonságaikból adódóan kiválóan alkalmasak telefon-, rádió- és televíziós adatátvitelre.

Valójában az összes többi jeltípus (digitális, kvantum és diszkrét) természeténél fogva analóg átalakítású.

A folytonos terektől és a megfelelő fizikai mennyiségektől függően különböző típusú analóg jeleket különböztetünk meg.

• Egyenes.
• Szakasz.
• Kör.
• Többdimenziós terek.

Kvantált jel

Ahogy az utolsó bekezdésben már említettük, ez továbbra is ugyanaz az analóg forma, de a különbség az, hogy kvantált. Ugyanakkor annak teljes értéktartománya szintekre lett felosztva. Számukat egy adott bitszélességű számok jelzik.

Általában ezt az eljárást a gyakorlatban audio vagy optikai jelek tömörítésére használják. Minél több a kvantálás szintje, annál pontosabb lesz az analóg forma kvantummá alakítása.

A szóban forgó fajta is a mesterségesen keletkezett fajtákhoz tartozik.

A jeltípusok sok osztályozásában ezt a jelet nem különböztetik meg. Azonban létezik.

Diszkrét nézet

Ez a jel is mesterséges, és véges számú szintje (értéke) van. Általában kettő vagy három van belőlük.

A gyakorlatban a diszkrét és az analóg jelátvitel közötti különbséget a bakelitlemezre és a CD-re készült hangfelvétel összehasonlításával szemléltethetjük. Az elsőben az információ folyamatos hangsáv formájában jelenik meg. De a másodikon - lézerrel égetett pontok formájában, különböző reflexiós képességgel.

Az ilyen típusú adatátvitel úgy történik, hogy egy folyamatos analóg jelet bináris kódok formájában diszkrét értékek halmazává alakítanak át.

Ezt a folyamatot mintavételnek nevezik. A kódkombinációkban található szimbólumok számától függően (egyenletes / egyenetlen) két típusra oszlik.

Digitális jelek

Manapság ez az információátviteli módszer folyamatosan felváltja az analógot. Az előző kettőhöz hasonlóan ez is mesterséges. A gyakorlatban számértékek sorozataként ábrázolják.

Az analógtól eltérően a szóban forgó készülék sokkal gyorsabban és jobban továbbítja az adatokat, ugyanakkor megtisztítja azokat a zaj-interferenciától. Ugyanakkor ez a digitális jel gyengesége (a többi jeltípus az előző három bekezdésben található). A helyzet az, hogy az így szűrt információk elveszítik a "zajos" adatrészecskéket.

Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy egész részek tűnnek el a továbbított képről. És ha a hangról van szó - szavak vagy akár egész mondatok.

Valójában bármilyen analóg jel modulálható digitálisvá. Ehhez két egyidejű folyamaton megy keresztül: a mintavételen és a kvantáláson. Az információtovábbítás különálló módjaként a digitális jel nincs típusokra osztva.

Népszerűsége hozzájárul ahhoz, hogy az elmúlt években az új generációs televíziók kifejezetten digitális, nem pedig analóg kép- és hangátvitelre készültek. Adapterek segítségével azonban hagyományos TV-kábelekhez csatlakoztathatók.

Jelmoduláció

Az összes fenti adatátviteli módszer olyan jelenséghez kapcsolódik, mint a moduláció (digitális jelekhez - manipuláció). Miért van rá szükség?

Mint ismeretes, az elektromágneses hullámok (amelyek segítségével különböző típusú jeleket továbbítanak) hajlamosak a csillapításra, és ez jelentősen csökkenti az átviteli tartományt. Ennek elkerülése érdekében az alacsony frekvenciájú rezgések átkerülnek a hosszú, magas frekvenciájú hullámok tartományába. Ezt a jelenséget modulációnak (manipulációnak) nevezik.

Amellett, hogy növeli az adatátviteli távolságot, ennek köszönhetően nő a jelek zajtűrése. És lehetővé válik több független információátviteli csatorna egyidejű megszervezése is.

Maga a folyamat a következő. A modulátornak nevezett eszköz két jelet fogad egyszerre: alacsony frekvenciájú (bizonyos információt hordoz) és magas frekvenciájú (információ nélkül, de nagy távolságra is képes továbbítani). Ebben az eszközben eggyé alakulnak át, ami egyszerre ötvözi mindkettőjük érdemeit.

A kimeneti jelek típusai a bemeneti vivő nagyfrekvenciás oszcillációjának módosított paraméterétől függenek.

Ha harmonikus, ezt a modulációs folyamatot analógnak nevezzük.

Ha periodikus, akkor pulzáló.

Ha a vivőjel csak egyenáram, akkor ezt a típust zajszerűnek nevezzük.

A jelmoduláció első két típusa viszont alfajokra oszlik.

Az analóg moduláció ilyen.

• Amplitúdó (AM) - a vivőjel amplitúdójának változása.
• Fázis (FM) - a fázis megváltozik.
• Frekvencia - csak a frekvencia van hatással.

Az impulzus (diszkrét) jelek modulációjának típusai.

• Amplitúdó-impulzus (AIM).
• Impulzusfrekvencia (PFM).
• Impulzusszélesség (PWM).
• Fázisimpulzus (FIM).

Átgondolva, hogy milyen adatátviteli módok léteznek, megállapíthatjuk, hogy típusuktól függetlenül mindegyik fontos szerepet tölt be az ember életében, segíti az átfogó fejlődést, megvédi az esetleges veszélyektől.

Ami az analóg és digitális jeleket illeti (amelyek segítségével a modern világban információ továbbításra kerül), akkor valószínűleg a következő húsz évben a fejlett országokban az előbbit szinte teljesen felváltja az utóbbi.

Figyelembe véve a jeleket és a jeltípusokat, el kell mondani, hogy ezeknek a kapcsolatoknak különböző mennyisége van. Nap mint nap mindenki szembesül egy elektronikus eszköz használatával. Nélkülük a modern életet már senki sem tudja elképzelni. A tévé, rádió, számítógép stb. munkájáról beszélünk. Korábban senki sem gondolt arra, hogy milyen jelet használnak sok működőképes eszközben. Manapság az analóg, digitális és diszkrét szavakat régóta hallják.

A fenti jelek közül azonban nem mindegyik tekinthető meglehetősen jó minőségűnek és megbízhatónak. A digitális átvitel nem olyan régi, mint az analóg átvitel. Ez annak köszönhető, hogy a technológia csak nemrég kezdte el támogatni ezt a típust, viszonylag nemrég fedezték fel ezt a jeltípust is. Bármely ember folyamatosan találkozik a diszkrétséggel. Ha a jelfeldolgozás típusairól beszélünk, emlékeznünk kell arra, hogy ez egy kicsit szakaszos.

Ha belemerül a tudományba, akkor azt kell mondani, hogy az információátadás diszkrét, ami lehetővé teszi az adatok átvitelét és a környezet idejének megváltoztatását. Az utolsó tulajdonság miatt egy diszkrét jel tetszőleges értéket vehet fel. Jelenleg ez a mutató háttérbe szorul, miután a berendezések nagy részét chipeken kezdték gyártani.

A digitális és egyéb jelek egybeépítettek, a komponensek 100%-ban kölcsönhatásba lépnek egymással. A diszkrétségben ennek az ellenkezője igaz. A helyzet az, hogy itt minden részlet önállóan működik, és külön-külön felelős a funkcióiért.

Jel

Nézzük meg egy kicsit később a kommunikációs jelek típusait, de most meg kell ismerkednie azzal, hogy elvileg mi is maga a jel. Ez egy általános kód, amelyet a rendszerek a levegőben továbbítanak. Ez egy általános megfogalmazás.

Az információs és néhány más technológia területén létezik egy speciális médium, amely lehetővé teszi az üzenetek továbbítását. Létre lehet hozni, de elfogadni nem. Elvileg egyes rendszerek elfogadhatják, de ez nem kötelező. Ha a jelet üzenetnek kell tekinteni, akkor feltétlenül „el kell fogni”.

Ezt az adatátviteli kódot általános matematikai függvénynek nevezhetjük. Leírja a rendelkezésre álló paraméterek bármilyen változását. Ha figyelembe vesszük a rádiótechnikai elméletet, akkor azt kell mondani, hogy az ilyen lehetőségek alapvetőnek tekinthetők. Meg kell jegyezni, hogy a „zaj” fogalma a jelhez hasonló.

Eltorzítja, rárakható a már átvitt kódra, és maga is az idő függvénye. A cikk az alábbiakban ismerteti a jeleket és jeltípusokat, diszkrét, analóg és digitális jelekről beszélünk. Vessünk egy pillantást a témával kapcsolatos teljes elméletre.

A jelek típusai

A meglévő jeleknek többféle típusa, valamint osztályozása létezik. Tekintsük őket.

Az első típus elektromos jel, létezik optikai, elektromágneses és akusztikus jel is. Számos más hasonló típus létezik, de ezek nem népszerűek. Ez a besorolás a fizikai környezeten alapul.

A jel beállításának módja szerint szabályosra és szabálytalanra osztják őket. Az első típus elemző funkcióval, valamint determinisztikus típusú adatátvitellel rendelkezik. Véletlenszerű jelek képezhetők a magasabb matematikai elméletek egyes elméletei alapján, sőt, sok értéket képesek felvenni teljesen különböző időtartamokban.

A jelátvitel típusai meglehetősen eltérőek, meg kell jegyezni, hogy a jelek ezen osztályozás szerint analógra, diszkrétre és digitálisra oszthatók. Gyakran ilyen jeleket használnak az elektromos eszközök működésének biztosítására. Az egyes lehetőségek kezeléséhez emlékeznie kell az iskolai fizika tanfolyamra, és el kell olvasnia egy kis elméletet.

Mire szolgál a jel feldolgozása?

A jelet fel kell dolgozni annak érdekében, hogy megkapjuk a benne titkosított információkat. Ha figyelembe vesszük a jelmoduláció típusait, meg kell jegyezni, hogy az amplitúdó és a frekvenciaváltó kulcsolás szempontjából ez egy meglehetősen összetett folyamat, amelyet teljesen meg kell érteni. Miután megkaptuk az információt, nagyon sokféleképpen használható fel. Bizonyos helyzetekben a rendszer formázza és továbbküldi.

A jelfeldolgozásnak más okai is vannak. Ez a továbbított frekvenciák tömörítéséből áll, de az összes információ károsodása nélkül. Ezután újra formázzák és továbbítják. Ez lassú sebességgel történik. Ha analóg és digitális jelekről beszélünk, akkor itt speciális módszereket használnak. Van szűrés, konvolúció és néhány egyéb funkció. Szükség van rájuk az információ helyreállításához, ha a jel megsérült.

Létrehozás és formázás

Sokféle információs jelet kell létrehozni, majd formázni, amelyekről a cikkben fogunk beszélni. Ehhez rendelkeznie kell egy digitális-analóg átalakítóval, valamint egy analóg-digitális átalakítóval. Általános szabály, hogy mindkettőt egy helyzetben használják: csak akkor, ha olyan technikát használnak, mint például a DSP.

Más esetekben csak az első eszköz használható. A fizikai analóg kódok létrehozásához, majd digitális módszerré formázásához speciális eszközökre van szükség. Ezzel a lehető legnagyobb mértékben elkerülhető az információ sérülése.

Dinamikus hatókör

Bármilyen analóg jel hatótávolsága könnyen kiszámítható. A magasabb és az alacsonyabb hangerő közötti különbséget kell használni, ami decibelben van megadva.

Meg kell jegyezni, hogy az információ teljes mértékben a végrehajtás sajátosságaitól függ. Sőt, zenéről és egy hétköznapi ember beszélgetéseiről is beszélünk. Ha veszünk egy bemondót, aki elolvassa a híreket, akkor a dinamikatartománya nem haladja meg a 30 decibelt. És ha bármilyen festményt olvas, akkor ez a szám 50-re emelkedik.

Analóg jel

A jelek megjelenítésének típusai meglehetősen eltérőek. Meg kell azonban jegyezni, hogy az analóg jel folyamatos. Ha a hiányosságokról beszélünk, akkor sokan megjegyzik a zaj jelenlétét, ami sajnos információvesztéshez vezethet.

Gyakran előfordul olyan helyzet, hogy nem világos, hogy a kód hol tartalmaz igazán fontos információkat, és hol csak torzításról van szó. Emiatt az analóg jelek kevésbé népszerűek, és jelenleg a digitális technológia váltja fel.

Digitális jel

Meg kell jegyezni, hogy az ilyen jel, mint más típusú jelek, egy adatfolyam, amelyet diszkrét jellemzők írnak le.

Meg kell jegyezni, hogy az amplitúdója megismételhető. Ha a fent leírt analóg változat képes egy nagy zajszintű végpontra érkezni, akkor a digitális ezt nem teszi lehetővé. Képes önállóan kiküszöbölni az interferencia nagy részét, hogy elkerülje az információsérülést. Azt is meg kell jegyezni, hogy ez a típus szemantikai terhelés nélkül továbbítja az információkat.

Így egy felhasználó egyszerűen több üzenetet küldhet egyetlen fizikai csatornán keresztül. Meg kell jegyezni, hogy a jelenleg legelterjedtebb hangjeltípusoktól, valamint az analógtól eltérően a digitális nincs több típusra osztva. Egyedülálló és független. Egy bináris adatfolyamot képvisel. Most már nagyon népszerű, könnyen használható, amint azt a vélemények is bizonyítják.

Digitális jelalkalmazás

Figyelembe véve a jelátvitel típusait, meg kell mondani, hogy hol használják a digitális változatot. Miben különbözik sok mástól átvitelben és használatban? A helyzet az, hogy az átjátszóba belépve teljesen regenerálódik.

Amikor olyan jel érkezik a berendezéshez, amely zajt és interferenciát kapott az átvitel során, az azonnal formázásra kerül. Ennek köszönhetően a TV-tornyok újra formálhatják a jelet, elkerülve a zajhatás alkalmazását.

Az analóg kommunikáció ebben az esetben sokkal jobb lesz, mivel nagy torzítású információ fogadásakor legalább részben kinyerhető. Ha a digitális verzióról beszélünk, akkor ez lehetetlen. Ha a jel több mint 50%-a zajos, akkor feltételezhetjük, hogy az információ teljesen elveszett.

Sokan a cellás kommunikációról és a teljesen különböző formátumokról és átviteli módokról beszélve azt mondták, hogy néha szinte lehetetlen beszélni. Lehet, hogy az emberek nem hallanak szavakat vagy kifejezéseket. Ez csak akkor fordulhat elő digitális vonalon, ha zaj van.

Ha analóg kommunikációról beszélünk, akkor ebben az esetben a beszélgetést tovább lehet folytatni. Az ilyen problémák miatt az átjátszók mindig egy újon generálnak jelet a hézagok csökkentése érdekében.

Diszkrét jel

Jelenleg egy személy különféle tárcsázókat vagy más elektronikus eszközöket használ, amelyek jeleket fogadnak. A jelek típusai meglehetősen változatosak, és az egyikük diszkrét. Meg kell jegyezni, hogy az ilyen eszközök működéséhez hangjelet kell továbbítani. Ezért van szükség egy olyan csatornára, amely sokkal nagyobb sávszélességgel rendelkezik, mint korábban leírtuk.

Mi ennek az oka? A helyzet az, hogy a hang pontos átviteléhez diszkrét jelet kell használni. Nem hanghullámot hoz létre, hanem annak digitális másolatát. Ennek megfelelően az átvitel magából a technológiából származik. Az ilyen átvitel előnye, hogy a kötegelt küldés csomagokban történik, és az átvitt adatok mennyisége csökken.

Finomságok

A számítástechnika munkájában régóta létezik egy olyan fogalom, mint a diszkretizálás. Egy ilyen jelnek köszönhetően a teljesen kódolt információ felhasználható. Nem folyamatos, és az adatokat blokkokban gyűjtik. Ráadásul az utóbbiak különálló részecskék, amelyek teljesen teljesek és nem függenek egymástól.

Modulációs típusok

A jeltípusok és a jelek általános leírása során szót kell ejteni a modulációról is. Ami? Ez egy olyan folyamat, amelyben egyszerre több oszcillációs paramétert változtatnak, amelyeket egy bizonyos törvény szerint hajtanak végre. Meg kell jegyezni, hogy a modulációt digitálisra és impulzusra, valamint néhány másra osztják.

Viszont sok közülük külön-külön több típusra oszlik, és van belőlük jó néhány. Meg kell mondani egy ilyen koncepció főbb jellemzőiről. Például a jelmoduláció típusai miatt stabil átvitelt, minimális veszteséget érhet el, de meg kell jegyezni, hogy mindegyikhez speciális linearitású erősítő szükséges.

1. Alapfogalmak és definíciók. A rádióelektronika definíciója. A rádiótechnika definíciója. Jel fogalma. Jelek osztályozási elemzése. Rádiótechnikai áramkörök osztályozási elemzése. Rádióelektronikai rendszerek osztályozási elemzése.

A modern rádióelektronika az elektromágneses hullámok és rádiófrekvenciás hullámok felhasználásán és átalakításán alapuló információk továbbításával és átalakításával kapcsolatos számos tudomány és technológia általános elnevezése; a fő területek a következők:

rádiótechnika, rádiófizika és elektronika.

A rádiótechnika fő feladata, hogy elektromágneses hullámok segítségével távolról továbbítsa az információkat. Tágabb értelemben a modern rádiótechnika a tudomány és a technológia olyan területe, amely elektromágneses hullámok generálásával, erősítésével, átalakításával, feldolgozásával, tárolásával, átvitelével és vételével kapcsolatos a rádiófrekvenciás tartományban, amelyet az információ távolságra történő továbbítására használnak. Amint ebből az következik, a rádiótechnika és a rádióelektronika szorosan összefüggenek, és gyakran ezek a kifejezések helyettesítik egymást.

A rádiótechnika fizikai alapjait vizsgáló tudományt radiofizikának nevezik.

1. A jel fogalma.

A jel (latin signum - jel) olyan fizikai folyamat vagy jelenség, amely üzenetet hordoz egy eseményről, egy objektum állapotáról, vagy vezérlőparancsokat, értesítéseket stb. Így a jel az üzenet anyagi hordozója. Bármilyen fizikai folyamat (fény, elektromos tér, hangrezgések stb.) szolgálhat ilyen hordozóként. Az elektronikában elsősorban az elektromos jeleket tanulmányozzák és használják fel. A jelek, mint fizikai folyamatok megfigyelése különféle műszerek és eszközök (oszcilloszkóp, voltmérő, vevő) segítségével történik. Bármely modell egy valós fizikai jel leglényegesebb jellemzőinek korlátozott számát tükrözi. A jelek matematikai leírásának egyszerűsítése érdekében figyelmen kívül hagyjuk a lényegtelen jel jellemzőket. A matematikai modellekkel szemben támasztott általános követelmény a valós folyamat maximális közelítése a modell minimális bonyolultsága mellett. A jeleket leíró függvények valós és összetett értékeket vehetnek fel, ezért gyakran beszélnek valós és összetett jelmodellekről.

A jelek osztályozása. A pillanat jóslatai szerint. a jelértékek bármikor el vannak választva:

Determinisztikus jelek, pl. olyan jelek, amelyek pillanatnyi értékei ismertek és előre jelezhetők eggyel egyenlő valószínűséggel;

Véletlenszerű jelek, pl. olyan jelek, amelyek értéke bármely pillanatban nem jósolható meg eggyel egyenlő valószínűséggel.

Minden információt hordozó jel véletlenszerű, mivel egy teljesen determinisztikus (ismert) jel nem tartalmaz információt.

A determinisztikus és véletlenszerű jelek legegyszerűbb példái a vonali feszültségek, illetve a zajfeszültségek (lásd 2.1. ábra).

A véletlenszerű és determinisztikus jelek viszont folyamatos vagy analóg jelekre és diszkrét jelekre oszthatók, amelyeknek többféle változata van. Ha egy jel bármikor mérhető (megfigyelhető), akkor azt analógnak nevezzük. Ilyen jel bármikor létezik. A diszkrét jelek megfigyelhetők és mérhetők diszkrét (külön) időintervallumokban, amelyeket az előfordulás ideje korlátoz. A diszkrét jelek közé tartoznak az impulzusjelek.

Az ábrán kétféle impulzus látható. Videó impulzus és rádió impulzus. A rádióimpulzusok képzése során a videoimpulzust vezérlő (moduláló) jelként használjuk, és ebben az esetben analitikai kapcsolat van közöttük:

Ebben az esetben a rádióimpulzus burkológörbéjének nevezzük, és a funkció a kitöltése.

Az impulzusokat általában az A amplitúdó, az időtartam, az emelkedés és esés időtartama, valamint szükség esetén a gyakoriság vagy az ismétlési periódus jellemzi.

Az impulzusjelek különféle típusúak lehetnek. Különbséget kell tenni a diszkrét impulzusjelek között (lásd a 2.3. ábrát).

Az ilyen jelek egy matematikai modellel reprezentálhatók egy megszámlálható függvényérték-készlet formájában - ahol i = 1, 2, 3, ...., k, diszkrét időpontokban számolva. A jel időbeni és amplitúdóbeli mintavételezési lépése általában egy adott jeltípusnál állandó érték, pl. minimális jelerősítés

Az S véges halmaz minden értéke a bináris rendszerben számokkal ábrázolható: - 10101; - 11001; - 10111. Az ilyen jeleket digitálisnak nevezzük.

A rádiórendszerek osztályozása és az általuk megoldott feladatok

A végrehajtott funkciók szerint az információs rádiórendszerek a következő osztályokba sorolhatók:

információtovábbítás (rádiókommunikáció, rádióműsorszórás, televízió);

információk kinyerése (radar, rádiónavigáció, rádiócsillagászat, rádiómérés stb.);

információk megsemmisítése (rádiós ellenintézkedések);

különféle folyamatok és tárgyak irányítása (pilóta nélküli légi járművek stb.);

kombinált.

Az információátviteli rendszerben van egy információforrás és annak címzettje. Az információ visszakeresésére szolgáló rádiórendszerben az információ mint olyan nem továbbításra kerül, hanem vagy a vizsgált objektum irányába kibocsátott és onnan visszaverődő saját jeleiből, vagy más rádiórendszerek jeleiből, vagy a saját rádióból nyerik ki. különböző tárgyak kibocsátása.

Az információ-megsemmisítő rádiórendszerek arra szolgálnak, hogy zavaró jelet adnak ki, vagy egy jelet fogadjanak, szándékosan torzítanak és újra kibocsássák a versenytárs rádiórendszerek normál működését.

A rádióvezérlő rendszerekben a problémát a központról küldött parancs tárgya oldja meg. A parancsjelek információk a parancsot végrehajtó nyomkövető számára.

A rádiórendszer által megoldott főbb feladatok az információk fogadásakor:

Jelérzékelés az interferencia hátterében.

Jelek megkülönböztetése az interferencia hátterében.

Jelparaméterek becslése.

Üzenet lejátszása.

Az első probléma megoldása a legegyszerűbb, amelyben a helyes észlelés és a téves riasztás adott valószínűségei mellett dönteni kell arról, hogy a fogadott üzenetben ismert jel van-e. Minél magasabb a feladat szintje, annál bonyolultabbá válik a vevő áramkör.

2. A jelek energiája, teljesítménye, ortogonalitása és koherenciája. A jelek kölcsönös energiája (hasonlósági integrál). Jel sebesség fogalma.