Semnale analogice, discrete și digitale

Una dintre tendințele în dezvoltarea sistemelor moderne de comunicații este utilizarea pe scară largă a procesării semnalelor discret-analogice și digitale (DAO și DSP).

Semnalul analogic Z '(t), utilizat iniţial în inginerie radio, poate fi reprezentat ca un grafic continuu (Fig. 2.10a). Semnalele analogice includ semnale AM, FM, FM, semnale ale senzorilor de telemetrie etc. Dispozitivele în care sunt procesate semnale analogice sunt numite dispozitive de procesare analogică. Astfel de dispozitive includ convertoare de frecvență, diverse amplificatoare, filtre LC etc.

Recepția optimă a semnalelor analogice, de regulă, asigură un algoritm de filtrare liniar optim, care este relevant mai ales atunci când se utilizează semnale complexe asemănătoare zgomotului. Cu toate acestea, în acest caz construcția unui filtru potrivit este foarte dificilă. Atunci când se utilizează filtre potrivite bazate pe linii de întârziere multi-tap (magnetostrictiv, cuarț etc.), se obțin atenuări mari, dimensiuni și instabilitate de întârziere. Filtrele bazate pe unde acustice de suprafață (SAW) sunt promițătoare, dar duratele scurte ale semnalelor procesate în ele și complexitatea reglajului parametrilor filtrului limitează domeniul de aplicare a acestora.

În anii 1940, RES analogice au fost înlocuite cu dispozitive de procesare discrete pentru procesele de intrare analogice. Aceste dispozitive oferă procesare analogică discretă (DAO) a semnalelor și au capacități mari. Aici semnalul este discret în timp, continuu în stări. Un astfel de semnal Z '(kT) este o succesiune de impulsuri cu amplitudini egale cu valorile semnalului analogic Z' (t) la momente discrete t = kT, unde k = 0,1,2, ... sunt numere întregi. Tranziția de la un semnal continuu Z '(t) la un tren de impulsuri Z' (kT) se numește eșantionare în timp.

Figura 2.10 Semnale analogice, discrete și digitale

Figura 2.11 Eșantionarea unui semnal analogic

Eşantionarea semnalului analogic în timp poate fi realizată prin etapa de coincidenţă „ŞI” (Fig. 2.11), la intrarea căreia acţionează semnalul analogic Z '(t). Cascada de coincidenta este controlata de tensiunea de ceas UT (t) - impulsuri scurte de durata tp, urmand la intervale T >> tp.

Intervalul de eșantionare T este selectat în conformitate cu teorema Kotelnikov T = 1 / 2Fmax, unde Fmax este frecvența maximă în spectrul semnalului analogic. Frecvența fd = 1 / T se numește rata de eșantionare, iar setul de valori ale semnalului la 0, T, 2T, ... este un semnal cu modulație în amplitudine-impuls (AMM).

Până la sfârșitul anilor 1950, semnalele PAM erau folosite doar pentru conversia semnalelor vocale. Pentru transmisia prin canalul releu radio, semnalul AIM este convertit într-un semnal de modulație de fază-impuls (PPM). În acest caz, amplitudinea impulsurilor este constantă, iar informațiile despre mesajul vocal sunt conținute în deviația (faza) Dt a impulsului față de o anumită poziție medie. Folosind impulsuri scurte ale unui semnal și plasând impulsuri ale altor semnale între ele, se obține o comunicare multicanal (dar nu mai mult de 60 de canale).

În prezent, DAO se dezvoltă intens pe baza utilizării „lanțurilor de incendiu” (PC) și a dispozitivelor cu conexiuni de încărcare (CCD).

La începutul anilor '70, pe rețelele de comunicații din diferite țări și din URSS au început să apară sisteme cu modulație de cod de impulsuri (PCM), unde au fost utilizate semnale în formă digitală.

Procesul PCM este o conversie a unui semnal analogic în numere, constă din trei operații: eșantionare în timp la intervalele T (Fig. 2.10, b), cuantificare după nivel (Fig. 2.10, c) și codificare (Fig. 2.10, e). ). Eșantionarea timpului este discutată mai sus. Operația de cuantificare a nivelului constă în faptul că o secvență de impulsuri, ale căror amplitudini corespund valorilor semnalului analogic 3 la momente discrete, este înlocuită cu o secvență de impulsuri ale căror amplitudini pot lua doar un număr limitat de impulsuri fixe. valorile. Această operație duce la o eroare de cuantizare (Figura 2.10, d).

Semnalul ZKV '(kT) este un semnal discret atât în ​​timp, cât şi în stări. Valorile posibile u0, u1, ..., uN-1 ale semnalului Z '(kT) pe partea de recepție sunt cunoscute, prin urmare, nu valorile uk, pe care semnalul primit pe intervalul T, sunt transmise , dar numai numărul său de nivel k. Pe partea de recepție, conform numărului k primit, se restabilește valoarea uk. În acest caz, secvențele de numere din sistemul de numere binar - cuvinte de cod - sunt supuse transmiterii.

Procesul de codificare este de a transforma semnalul cuantificat Z '(kT) într-o secvenţă de cuvinte de cod (x (kT)). În fig. 2.10, d descrie cuvinte de cod sub forma unei secvențe de combinații de cod binar folosind trei biți.

Operațiunile PCM considerate sunt utilizate în DSP cu DSP, în timp ce PCM este necesar nu numai pentru semnalele analogice, ci și pentru cele digitale.

Să arătăm necesitatea PCM atunci când primim semnale digitale pe un canal radio. Deci, la transmiterea în domeniul decametrului, elementul xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx al semnalului digital xi (kT) (i = 0,1), reflectând al n-lea element de cod, semnalul așteptat la intrarea receptorului radio împreună cu aditivul zgomotul ξ (t) poate fi reprezentat ca:

z / i (t) = μx (kT) + ξ (t), (2.2)

la (0 ≤ t ≥ TE),

unde μ este coeficientul de transmisie a canalului, TE este durata elementului de semnal. Din (2.2) se poate observa că interferența la intrarea sistemului de radiocomandă formează un set de semnale, care sunt oscilații analogice.

Exemple de circuite digitale sunt porți logice, registre, flip-flops, contoare, dispozitive de memorie etc. În funcție de numărul de noduri de pe IC-uri și LSI-uri, RFP-urile cu DSP sunt împărțite în două grupe:

1. RPU analog-digital, care au unități separate implementate pe IC: sintetizator de frecvență, filtre, demodulator, AGC etc.

2. Receptoare radio digitale (TsRPU), în care semnalul este procesat după un convertor analog-digital (ADC).

În fig. 2.12 prezintă elementele principale (canalul de informare) al DAC din domeniul decametrului: partea analogică a căii de recepție (AFC), ADC (format dintr-un eșantionare, un cuantificator și un encoder), partea digitală a calea de recepție (DAC), un convertor digital-analogic (DAC) și un filtru de frecvențe inferioare (LPF). Liniile duble indică transmisia de semnale digitale (coduri), iar liniile simple - semnale analogice și PAM.

Figura 2.12 Elemente ale intervalului de decametru TsRPU principal (canal de informare).

AChPT produce selectivitate preliminară în frecvență, amplificare semnificativă și conversie a semnalului Z'(T) în frecvență. ADC convertește semnalul analogic Z '(T) într-un semnal digital x (kT) (Fig. 2.10, e).

În CHPT, de regulă, se realizează conversia suplimentară a frecvenței, selectivitatea (în filtrul digital - selectivitatea principală) și demodularea digitală a mesajelor analogice și discrete (telegrafie de frecvență, fază relativă și amplitudine). La ieșirea CChPT, obținem un semnal digital y (kT) (Fig. 2.10, e). Acest semnal, procesat conform unui algoritm dat, de la ieșirea CHPT intră în DAC sau în memoria computerului (la primirea datelor).

Într-un DAC conectat în serie și un filtru trece-jos, semnalul digital y (kT) este convertit mai întâi într-un semnal y (t), continuu în timp și discret în stări, iar apoi în yF (t), care este continuu. în timp și în stări (Fig. 2.10, g , h).

Filtrarea și demodularea digitală sunt cele mai importante dintre numeroasele metode de procesare a semnalului digital din centrul de control digital. Luați în considerare algoritmii și structura unui filtru digital (DF) și a unui demodulator digital (CD).

Un filtru digital este un sistem discret (dispozitiv fizic sau program de calculator). Convertește secvența de mostre numerice (x (kT)) a semnalului de intrare în secvența (y (kT)) a semnalului de ieșire.

Principalii algoritmi CF sunt: ​​o ecuație de diferență liniară, o ecuație de convoluție discretă, o funcție de transfer de operator în planul z și un răspuns în frecvență.

Ecuațiile care descriu secvențele de numere (impulsuri) la intrarea și la ieșirea filtrului digital (sistem discret cu întârziere) se numesc ecuații ale diferențelor liniare.

Ecuația diferenței liniare a CF recursiv are forma:

, (2.3)

unde x [(k-m) T] și y [(k-n) T] sunt valorile secvențelor de intrare și de ieșire ale eșantioanelor numerice în timpii (k-m) T și, respectiv, (k-n) T; m și n - numărul de eșantioane numerice anterioare de intrare și, respectiv, de ieșire însumate întârziat;

a0, a1,…, am și b1, b2,…, bn sunt coeficienți de greutate reali.

În (3), primul termen este o ecuație de diferență liniară a unui CF nerecursiv. Ecuația de convoluție discretă a unui CF este obținută dintr-o diferență liniară CF nerecursivă prin înlocuirea al în ea cu h (lT):

, (2.4)

unde h (lT) este răspunsul la impuls al CF, care este răspunsul la un singur impuls.

Funcția de transfer al operatorului este raportul dintre funcțiile transformate de Laplace la ieșirea și intrarea CF:

, (2.5)

Această funcție este obținută direct din ecuațiile diferențelor folosind transformata Laplace discretă și teorema deplasării.

O transformată Laplace discretă, de exemplu, o secvență (x (kT)), este înțeleasă ca obținerea unei imagini L de forma

, (2.6)

unde p = s + jw este operatorul complex Laplace.

Teorema deplasării (deplasării) în raport cu funcţiile discrete poate fi formulată: deplasarea în timp a variabilei independente a originalului cu ± mT corespunde înmulţirii imaginii L cu. De exemplu,

Ținând cont de proprietățile de liniaritate ale transformării Laplace discrete și ale teoremei deplasării, succesiunea de numere de ieșire a unui CF nerecursiv va lua forma

, (2.8)

Apoi funcția de transfer de operator a CF nerecursiv:

, (2.9)

Figura 2.13

În mod similar, ținând cont de formula (2.3), obținem funcția de transfer de operator a CF recursiv:

, (2.10)

Formulele funcției de transfer de operator sunt complexe. Prin urmare, mari dificultăți apar în studiul câmpurilor și polilor (rădăcinile Fig. 2.13 ale polinomului numărătorului și rădăcinii polinomului numitorului), care în planul p au o structură periodică în frecvență.

Analiza și sinteza CF-urilor este simplificată la aplicarea transformării z, când trecem la o nouă variabilă complexă z legată de p prin relația z = epT sau z-1 = e-pT. Aici planul complex p = s + jw este afișat de un alt plan complex z = x + jy. Acest lucru necesită ca es + jw = x + jy. În fig. 2.13 arată planele complexe p și z.

Făcând modificarea variabilelor e-pT = z-1 în (2.9) și (2.10), obținem funcții de transfer în planul z pentru CF-urile nerecursive și, respectiv, recursive:

, (2.11)

, (2.12)

Funcția de transfer a unui CF nerecursiv are doar zerouri, deci este absolut stabilă. Un CF recursiv va fi stabil dacă polii săi sunt localizați în interiorul cercului unitar al planului z.

Funcția de transfer a CF sub forma unui polinom în puteri negative ale variabilei z face posibilă alcătuirea unei diagrame structurale a CF direct din forma funcției HTS (z). Variabila z-1 se numește operator de întârziere unitară, iar în diagramele bloc este elementul de întârziere. Prin urmare, cele mai mari puteri ale numărătorului și numitorului funcției de transfer HTS (z) râuri determină numărul de elemente de întârziere, respectiv, în părțile nerecursive și recursive ale DF.

Raspunsul in frecventa al unui filtru digital se obtine direct din functia sa de transfer in planul z prin inlocuirea z cu ejl (sau z-1 cu e-jl) si efectuarea transformarilor necesare. Prin urmare, răspunsul în frecvență poate fi scris astfel:

, (2.13)

unde KC (l) este amplitudinea-frecvența (AFC) și φ (l) este caracteristicile de fază-frecvență ale DF; l = 2 f '- frecventa digitala; f '= f / fD - frecventa relativa; f este frecvența ciclică.

Caracteristica KC (jl) a DF este o funcție periodică a frecvenței digitale l cu o perioadă de 2 (sau una în frecvențe relative). Într-adevăr, ejl ± jn2 = ejl ± jn2 = ejl, deoarece prin formula lui Euler ejn2 = cosn2 + jsinn2 = 1.

Figura 2.14 Schema bloc a circuitului oscilator

În inginerie radio, pentru procesarea semnalului analogic, cel mai simplu filtru de frecvență este circuitul oscilator LC. Să arătăm că în procesarea digitală cel mai simplu filtru de frecvență este o legătură recursivă de ordinul doi, a cărei funcție de transfer în planul z este

, (2.14)

iar diagrama bloc are forma prezentată în Fig. 2.14. Aici operatorul Z-1 este un element de întârziere discret pentru un ciclu de ceas al DF, liniile cu săgeți denotă înmulțirea cu a0, b2 și b1, „blocul +” denotă un sumator.

Pentru a simplifica analiza, în expresia (2.14) luăm a0 = 1, prezentându-l în puteri pozitive ale lui z, obținem

, (2.15)

Funcția de transfer a unui rezonator digital, precum și a unui circuit LC oscilant, depinde numai de parametrii circuitului. Rolul lui L, C, R este jucat de coeficienții b1 și b2.

Din (2.15) se poate observa că funcția de transfer a legăturii recursive de ordinul doi are în planul z un zero de a doua multiplicitate (în punctul z = 0) și doi poli

și

Ecuația pentru răspunsul în frecvență al legăturii recursive de ordinul doi se obține din (2.14), înlocuind z-1 cu e-jl (pentru a0 = 1):

, (2.16)

Răspunsul în frecvență este egal cu modulul (2.16):

După efectuarea transformărilor elementare. Răspunsul în frecvență al legăturii recursive de ordinul doi va lua forma:

Figura 2.15 Graficul unei legături recursive de ordinul doi

În fig. 2.15 prezintă graficele în conformitate cu (2.18) cu b1 = 0. Din grafice se poate observa că legătura recursivă de ordinul doi este un sistem electoral de bandă îngustă, adică. rezonator digital. Aici este prezentată doar secțiunea de lucru a gamei de frecvență a rezonatorului f '<0,5. Далее характери-стики повторяются с интервалом fД

Cercetările arată că frecvența de rezonanță f0 va lua următoarele valori:

f0 '= fD / 4 când b1 = 0;

f0 ’ 0;

f0 ’> fД / 4 la b1<0.

Valorile b1 și b2 modifică atât frecvența de rezonanță, cât și factorul Q al rezonatorului. Dacă b1 este ales din condiție

, unde, atunci b1 și b2 vor afecta doar factorul de calitate (f0 ’= const). Reglarea frecvenței rezonatorului poate fi asigurată prin schimbarea fD.

Demodulator digital

Un demodulator digital este considerat în teoria comunicării generale ca un dispozitiv de calcul care procesează un amestec de semnal și interferență.

Să definim algoritmii CD-ului atunci când procesăm semnale analogice AM și FM cu un raport semnal-zgomot ridicat. Pentru aceasta, reprezentăm anvelopa complexă Z / (t) a unui amestec analogic de bandă îngustă de semnal și interferență Z ’(t) la ieșirea AChPT în formă exponențială și algebrică:

și

, (2.20)

este anvelopa și faza completă a amestecului, iar ZC (t) și ZS (t) sunt componentele de cuadratură.

Din (2.20) se poate observa că anvelopa semnalului Z (t) conține informații complete despre legea de modulație. Prin urmare, algoritmul digital pentru procesarea semnalului analog AM în CD folosind componentele de cuadratura XC (kT) și XS (kT) ale semnalului digital x (kT) are forma:

Se știe că frecvența unui semnal este prima derivată a fazei sale, adică.

, (2.22)

Apoi din (2.20) și (2.22) rezultă:

, (2.23)

Figura 2.16 Schema bloc a CHPT

Folosind în (2.23) componentele de cuadratura XC (kT) b XS (kT) ale semnalului digital x (kT) și înlocuind derivatele cu primele diferențe, obținem un algoritm digital de procesare a semnalului FM analogic în CD:

În fig. 2.16 prezintă o variantă a diagramei bloc a CChPT la recepția semnalelor analogice AM și FM, care constă dintr-un convertor în cuadratura (QC) și un CD.

În QP, componentele de cuadratura ale semnalului digital complex sunt formate prin înmulțirea semnalului x (kT) cu două secvențe (cos (2πf 1 kT)) și (sin (2πf 1 kT)), unde f1 este frecvența centrală a cea mai joasă frecvență de afișare a spectrului de semnal z '(t ). La ieșirea multiplicatorilor, filtrele digitale trece-jos (LPF) suprimă armonicile cu o frecvență de 2f1 și extrag mostre digitale ale componentelor de cuadratura. Aici, LPF-urile sunt folosite ca filtru digital de selectivitate de bază. Diagrama bloc a CD-ului corespunde algoritmilor (2.21) și (2.24).

Algoritmii luați în considerare pentru procesarea semnalului digital pot fi implementați folosind o metodă hardware (folosind calculatoare specializate bazate pe circuite integrate digitale, dispozitive cu conexiune de încărcare sau dispozitive bazate pe unde acustice de suprafață) și sub formă de programe de calculator.

În implementarea software a algoritmului de procesare a semnalului, calculatorul efectuează operații aritmetice asupra coeficienților al, bl și a variabilelor x (kT), y (kT) stocate în acesta.

Anterior, dezavantajele metodelor de calcul erau: performanță limitată, prezența unor erori specifice, necesitatea relocarii, complexitate și cost mare. În prezent, aceste limitări sunt depășite cu succes.

Avantajele dispozitivelor digitale de procesare a semnalului față de cele analogice sunt algoritmi perfecți asociați cu antrenamentul și adaptarea semnalului, ușurința în controlul caracteristicilor, stabilitatea ridicată temporală și a temperaturii parametrilor, precizia ridicată și posibilitatea procesării simultane și independente a mai multor semnale.

Semnale simple și complexe. Baza semnalului

Caracteristicile (parametrii) sistemelor de comunicație s-au îmbunătățit odată cu dezvoltarea tipurilor de semnale și a metodelor acestora de recepție, procesare (separare). De fiecare dată a fost nevoie de o distribuție competentă a unei resurse limitate de frecvență între posturile de radio care operează. Paralel cu aceasta, era abordată problema reducerii lățimii de bandă de emisie prin semnale. Au existat însă probleme la recepția semnalelor, care nu au fost rezolvate prin simpla alocare a resursei de frecvență. Doar utilizarea unei metode statistice de procesare a semnalului - analiza corelației - a făcut posibilă rezolvarea acestor probleme.

Semnalele simple au o bază de semnal

BS = TS * ∆FS≈1, (2,25)

unde TS este durata semnalului; ∆FS este lățimea spectrului unui semnal simplu.

Sistemele de comunicații care funcționează pe semnale simple se numesc bandă îngustă. Pentru semnale complexe (compozite, asemănătoare zgomotului), modulația suplimentară (keying) în frecvență sau în fază are loc pe durata semnalului TS. Prin urmare, următoarea relație se aplică aici pentru baza unui semnal complex:

BSS = TS * ∆FSS >> 1, (2.26)

unde ∆FSS este lățimea spectrului semnalului complex.

Se spune uneori că pentru semnalele simple ∆FS = 1 / TS este spectrul mesajului. Pentru semnale complexe, spectrul semnalului se extinde cu ∆FSS / ∆FS ori. Acest lucru are ca rezultat redundanța în spectrul semnalului, care determină proprietățile utile ale semnalelor complexe. Dacă, într-un sistem de comunicație cu semnale complexe, viteza de transmisie a informațiilor este crescută pentru a obține durata semnalului complex TS = 1 / ∆FSS, atunci se formează din nou un semnal simplu și un sistem de comunicație în bandă îngustă. Proprietățile utile ale sistemului de comunicație dispar.

Modalități de răspândire a spectrului de semnal

Semnalele discrete și digitale discutate mai sus sunt semnale de diviziune în timp.

Să facem cunoștință cu semnalele digitale în bandă largă și cu metodele de acces multiplu cu diviziunea canalului cod (în formă).

Semnalele de bandă largă au fost utilizate inițial în comunicațiile militare și prin satelit datorită proprietăților lor utile. Aici s-a folosit imunitatea lor ridicată la interferență și secret.Sistemul de comunicație cu semnale în bandă largă poate funcționa atunci când interceptarea energiei a semnalului este imposibilă, iar interceptarea cu urechea fără eșantion de semnal și fără echipament special este imposibilă chiar și cu un semnal primit.

Shannon a sugerat utilizarea bucăților de zgomot termic alb ca purtător de informații și o metodă de transmisie în bandă largă. El a introdus conceptul de lățime de bandă a unui canal de comunicare. El a arătat legătura dintre posibilitatea transmiterii fără erori a informațiilor cu un raport dat și banda de frecvență ocupată de semnal.

Primul sistem de comunicare cu semnale complexe din segmente de zgomot alb termic a fost propus de Costas. În Uniunea Sovietică, L.E. Varakin a sugerat utilizarea semnalelor de bandă largă atunci când este implementată metoda de acces multiplu cu diviziune de cod.

Pentru o reprezentare temporară a oricărei variante a unui semnal complex, puteți scrie raportul:

unde UI (t) și (t) sunt anvelopa și fazele inițiale, care se schimbă lent

Funcții în comparație cu cosω 0 t; - frecvența purtătoare.

Odată cu reprezentarea în frecvență a semnalului, forma sa spectrală generalizată are forma

, (2.28)

unde sunt funcțiile de coordonate; - coeficienţii de dilatare.

Funcțiile de coordonate trebuie să îndeplinească condiția de ortogonalitate

, (2.29)

și coeficienții de expansiune

(2.30)

Pentru semnalele complexe paralele, funcțiile trigonometrice de frecvențe multiple au fost utilizate inițial ca funcții de coordonate

, (2.31)

când fiecare i-a variantă a unui semnal complex are forma

Z i (t) = t . (2.32)

Apoi, luând

Un ki = și = - arktg (β ki / ki), (2.33)

Ki, βki - coeficienții de expansiune în seria Fourier trigonometrică a semnalului i-lea;

i = 1,2,3, ..., m; m este baza codului, obținem

Z i (t) = t . (2.34)

Aici componentele semnalului ocupă frecvențe de la ki1 / 2π = ki1 / TS până la ki2 / 2π = ki2 / TS; ki1 = min (ki1) și ki2 = max (ki2); ki1 și ki2 - numere ale celor mai mici și mai mari componente armonice, care afectează semnificativ formarea variantei i-a de semnal; Ni = ki2 - ki1 + 1 este numărul de componente armonice ale semnalului i-lea complex.

Lățimea de bandă a semnalului

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

Partea principală a spectrului energiei semnalului este concentrată în el.

Din relația (35) rezultă că baza acestui semnal

BSS = TS ∙ ∆FSS = (ki2 - ki1 + 1) = Ni, (2.36)

este egal cu numărul de componente armonice ale semnalului Ni, care sunt formate de versiunea i-a a semnalului

Figura 2.17

b)

Figura 2.18 Schema de răspândire a semnalului cu graficul secvenței periodice

Din 1996-1997, în scopuri comerciale, Qualcomm a început să folosească pentru formarea de semnale complexe paralele bazate pe (28) un subset (φ k (t)) de funcții Walsh complete ortogonalizate pe un interval. În același timp, este implementată metoda de acces multiplu cu divizare de cod a canalelor - standardul CDMA (Code Division Multiple Access)

Figura 2.19 Schema receptorului de corelație

Proprietăți utile ale semnalelor de bandă largă (compozite).

Figura 2.20

Când se comunică cu stațiile mobile (MS), se manifestă propagarea semnalului cu mai multe căi (multicăi). Prin urmare, interferența semnalului este posibilă, ceea ce duce la apariția unor scăderi profunde (decolorarea semnalelor) în distribuția spațială a câmpului electromagnetic. Deci, în condiții urbane la punctul de recepție pot fi doar semnale reflectate de la clădiri înalte, dealuri etc., dacă nu există o linie de vedere. Prin urmare, se adaugă în antifază două semnale cu o frecvență de 937,5 MHz (l = 32 cm), care sosesc cu o deplasare temporală de 0,5 ns cu o diferență de cale de 16 cm.

Nivelul semnalului la intrarea receptorului se modifică și de la transportul care trece pe lângă stație.

Sistemele de comunicații în bandă îngustă nu pot funcționa în medii cu mai multe căi. Deci, dacă la intrarea unui astfel de sistem există trei fascicule de semnal ale unui mesaj Si (t) –Si1 (t), Si2 (t), Si3 (t), care se suprapun în timp datorită diferenței de lungime a calea de trecere, apoi sunt împărțite la ieșirea filtrului de bandă (Yi1 (t), Yi2 (t), Yi3 (t)) este imposibil.

Sistemele de comunicații cu semnale complexe rezistă naturii cu mai multe căi a propagării radio. Deci, alegând banda ∆FSS astfel încât durata impulsului pliat la ieșirea detectorului de corelație sau a filtrului potrivit să fie mai mică decât timpul de întârziere al fasciculelor adiacente, se poate primi un fascicul sau, prin furnizarea de întârzieri adecvate ale impulsului (Gi ( t)), se adună energia lor, ceea ce va crește raportul semnal / zgomot. Sistemul de comunicații american Rake, ca o greblă, a colectat fasciculele recepționate ale semnalului reflectat de pe Lună și le-a rezumat.

Principiul acumulării semnalului poate îmbunătăți semnificativ imunitatea la zgomot și alte proprietăți ale semnalului. Ideea acumulării unui semnal este dată de o simplă repetare a semnalului.

Primul element în acest scop a fost un sistem selectiv de frecvență (filtru).

Analiza corelației vă permite să determinați relația statistică (dependența) dintre semnalul primit și semnalul de referință situat pe partea de recepție. Conceptul de funcție de corelație a fost introdus de Taylor în 1920. Funcția de corelație este o medie statistică de ordinul doi în timp, sau o medie spectrală sau o medie probabilistă.

Dacă funcțiile de timp (secvențe continue) x (t) și y (t) au valori medii aritmetice

Cu împărțirea în timp a canalelor;

Multiplexarea prin diviziune de cod.

Funcția periodică este:

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

unde T este perioada, k este orice număr întreg (k =, 2,…). Periodicitatea există de-a lungul întregii axe a timpului (-< t <+ ). При этом на любом отрезке времени равном T будет полное описа­ние сигнала.

Figura 2.10, a, b, c prezintă un semnal armonic periodic u1 (t) și spectrul său de amplitudini și faze.

Figura 2.11, a, b, c prezintă graficele unui semnal periodic u2 (t) - o succesiune de impulsuri dreptunghiulare și spectrul său de amplitudini și faze.

Deci, orice semnal poate fi reprezentat sub forma unei serii Fourier pentru o anumită perioadă de timp. Apoi, separarea semnalelor va fi reprezentată prin parametrii semnalelor, adică prin amplitudini, frecvențe și schimbări de fază:

a) semnale ale căror rânduri cu amplitudini arbitrare, frecvențe care nu se suprapun și faze arbitrare sunt separate în frecvență;

b) semnalele, ale căror rânduri cu amplitudini arbitrare se suprapun în frecvență, dar defazate între componentele corespunzătoare ale rândurilor sunt separate în fază (defazatul este proporțional cu frecvența);

Capacitatea mare a sistemelor de comunicații cu semnale compozite va fi prezentată mai jos.

c) semnale ale căror rânduri cu amplitudini arbitrare, cu componente suprapuse în frecvență (frecvențele pot coincide) și faze arbitrare sunt separate ca formă.

Separarea formelor este o separare de cod atunci când există semnale complexe (eșantioane) special create din semnale simple pe părțile de emisie și de recepție.

La recepție, un semnal complex este mai întâi supus procesării corelației și apoi

este procesat un semnal simplu.

Partajarea resursei de frecvență cu acces multiplu

În zilele noastre, semnalele pot fi transmise în orice mediu (în spațiul înconjurător, într-un fir, într-un cablu de fibră optică etc.). Pentru a crește eficiența spectrului de frecvență, și pentru unul și liniile de transmisie formează canale de grup pentru transmiterea semnalelor pe o linie de comunicație. Pe partea de recepție are loc procesul opus - separarea canalelor. Să luăm în considerare metodele de separare a canalelor utilizate:

Figura 2.21 FDMA cu acces multiplu cu diviziunea în frecvență

Figura 2.22 TDMA cu acces multiplu cu divizare în timp.

Figura 2.23 CDMA cu acces multiplu diviziune cod

Criptare în rețele wi-fi

Criptarea datelor în rețelele fără fir a primit atât de multă atenție din cauza naturii rețelelor fără fir. Datele sunt transmise fără fir folosind unde radio și, în general, se folosesc antene omnidirecționale. Astfel, datele sunt auzite de toată lumea – nu doar de cel căruia îi sunt destinate, ci și de vecinul care locuiește în spatele zidului sau „interesat” care se oprește cu laptopul sub geam. Desigur, distanțele pe care funcționează rețelele wireless (fără amplificatoare sau antene direcționale) sunt scurte - aproximativ 100 de metri în condiții ideale. Pereții, copacii și alte obstacole atenuează foarte mult semnalul, dar asta încă nu rezolvă problema.

Inițial, doar SSID-ul (numele rețelei) a fost folosit pentru securitate. Dar, în general, această metodă poate fi numită protecție cu o întindere mare - SSID-ul este transmis în text clar și nimeni nu-l deranjează pe atacator să-l asculte cu urechea, apoi să îl înlocuiască pe cel dorit în setările lor. Ca să nu mai vorbim de faptul că (acest lucru se aplică punctelor de acces), modul de difuzare poate fi activat pentru SSID, adică. va fi difuzat cu forța tuturor ascultătorilor.

Prin urmare, a fost nevoie de criptarea datelor. Primul astfel de standard a fost WEP - Wired Equivalent Privacy. Criptarea se realizează folosind o cheie de 40 sau 104 de biți (criptarea fluxului folosind algoritmul RC4 pe o cheie statică). Și cheia în sine este un set de caractere ASCII cu o lungime de 5 (pentru o cheie de 40 de biți) sau 13 (pentru o cheie de 104 de biți). Setul acestor caractere este tradus într-o succesiune de cifre hexazecimale, care sunt cheia. Driverele de la mulți producători permit introducerea directă a valorilor hexazecimale (de aceeași lungime) în loc de caractere ASCII. Vă rugăm să rețineți că algoritmii de traducere dintr-o secvență de caractere ASCII în valori cheie hexazecimale pot diferi de la producător la producător. Prin urmare, dacă rețeaua dvs. utilizează echipamente fără fir diferite și nu puteți configura criptarea WEP utilizând o expresie cheie ASCII, încercați să introduceți cheia în hexazecimal.

Dar cum rămâne cu declarațiile producătorilor despre suportul pentru criptarea pe 64 și 128 de biți, vă întrebați? Așa e, marketingul joacă un rol aici - 64 este mai mult de 40, iar 128 este 104. În realitate, criptarea datelor are loc folosind o cheie cu lungimea de 40 sau 104. Dar, pe lângă fraza ASCII (componenta statică a cheii), există este, de asemenea, un lucru precum Vectorul de inițializare - IV Este vectorul de inițializare. Servește la randomizarea restului cheii. Vectorul este selectat aleatoriu și se modifică dinamic în timpul funcționării. În principiu, aceasta este o soluție rezonabilă, deoarece vă permite să introduceți o componentă aleatorie în cheie. Vectorul are 24 de biți, deci lungimea totală a cheii este de 64 (40 + 24) sau 128 (104 + 24) de biți.

Totul ar fi bine, dar algoritmul de criptare folosit (RC4) nu este în prezent deosebit de puternic - cu o dorință puternică, într-un timp relativ scurt, puteți forța brut cheia. Totuși, principala vulnerabilitate a WEP este legată de vectorul de inițializare. IV are doar 24 de biți lungime. Acest lucru ne oferă aproximativ 16 milioane de combinații - 16 milioane de vectori diferiți. Deși cifra „16 milioane” sună destul de impresionantă, totul în lume este relativ. În munca reală, toate variantele de cheie posibile vor fi utilizate în intervalul de la zece minute la câteva ore (pentru o cheie de 40 de biți). După aceea, vectorii vor începe să se repete. Un atacator trebuie doar să colecteze un număr suficient de pachete pur și simplu ascultând traficul rețelei wireless și să găsească aceste repetări. După aceea, selectarea unui c

Să clasificăm semnalele. Semnalele sunt împărțite în:

determinat;

Aleatoriu.

Semnalele deterministe sunt semnale care sunt determinate cu precizie în orice moment. În schimb, anumiți parametri ai semnalelor aleatorii nu pot fi anticipați în avans.

Strict vorbind, deoarece emiterea unui anumit mesaj de către o sursă de mesaj (de exemplu, un senzor) este aleatorie, este imposibil să se prezică cu exactitate modificarea valorilor parametrilor semnalului. În consecință, semnalul este fundamental aleatoriu. Semnalele deterministe au o semnificație independentă foarte limitată doar în scopul instalării și ajustării tehnologiei informaționale și informatice, jucând rolul standardelor.

În funcție de structura parametrilor, semnalele sunt împărțite în:

discret;

continuu;

continuu discret.

Un semnal este considerat discret pentru un parametru dat dacă numărul de valori pe care le poate lua acest parametru este finit (numărabil). În caz contrar, semnalul este considerat continuu pentru acest parametru. Un semnal care este discret într-un parametru și continuu în altul se numește discret-continuu.

În conformitate cu aceasta, se disting următoarele tipuri de semnale (Fig. 1.4.):

a) Continuu ca nivel și timp (analogic) sunt semnale la ieșirea microfoanelor, senzorilor de temperatură, senzorilor de presiune etc.

b) Continuă ca nivel, dar discretă în timp. Astfel de semnale sunt obținute prin eșantionarea în timp a semnalelor analogice.

Orez. 1.4. Varietăți de semnale.

Prin eșantionare înțelegem transformarea unei funcții de timp continuu (în special un semnal continuu) într-o funcție de timp discretă reprezentând o succesiune de mărimi numite coordonate, eșantioane sau eșantioane (valoarea eșantionului).

Cea mai răspândită metodă este discretizarea, în care rolul coordonatelor este jucat de valorile instantanee ale unei funcții continue (semnal) luate în anumite momente de timp S (t i), unde i = 1,…, n. Intervalele de timp dintre aceste momente se numesc intervale de eșantionare. Acest tip de eșantionare este adesea denumit modulare a amplitudinii impulsului (PAM).

c) Discret ca nivel, continuu în timp. Astfel de semnale sunt obținute din cele continue ca rezultat al cuantizării nivelului.

Prin cuantificare de nivel (sau pur și simplu cuantizare) se înțelege transformarea unei mărimi cu o scară continuă de valori (de exemplu, amplitudinea unui semnal) într-o mărime cu o scară discretă de valori.

Această scară continuă de valori este împărțită în intervale de 2m + 1, numite pași de cuantificare. Din setul de valori instantanee aparținând etapei de cuantizare j-a, este permisă o singură valoare S j, se numește j-lea nivel de cuantizare. Cuantizarea se reduce la înlocuirea oricărei valori instantanee a unui semnal continuu cu una dintr-un set finit de niveluri de cuantizare (de obicei cel mai apropiat):

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

Setul de valori S j formează o scară discretă a nivelurilor de cuantizare. Dacă această scară este uniformă, de ex. diferența ΔS j = S j - S j-1 este constantă, cuantizarea se numește uniformă. În caz contrar, va fi neuniform. Datorită simplității implementării tehnice, cuantificarea uniformă a devenit cea mai răspândită.

d) Discret ca nivel și timp. Astfel de semnale sunt obținute prin eșantionare și cuantizare simultan. Aceste semnale sunt ușor de reprezentat în formă digitală (probă digitală), adică sub formă de numere cu un număr finit de cifre, înlocuind fiecare impuls cu un număr care indică numărul nivelului de cuantizare pe care la atins pulsul la un anumit moment. Din acest motiv, aceste semnale sunt adesea denumite semnale digitale.

Impulsul pentru prezentarea semnalelor continue în formă discretă (digitală) a fost necesitatea clasificării semnalelor de vorbire în timpul celui de-al Doilea Război Mondial. Un stimulent și mai mare pentru conversia digitală a semnalelor continue a fost crearea de calculatoare, care sunt utilizate ca sursă sau receptor de semnale în multe sisteme de transmisie a informațiilor.

Iată câteva exemple de conversie digitală a semnalelor continue. De exemplu, în sistemele de telefonie digitală (standard G.711), înlocuirea unui semnal analogic cu o secvență de eșantioane are loc cu o frecvență de 2F = 8000 Hz, T d = 125 μs. (Deoarece gama de frecvență a semnalului telefonic este 300-3400 Hz, iar frecvența de eșantionare conform teoremei Nyquist -Kotelnikova ar trebui să fie de cel puțin două ori frecvența maximă a semnalului convertit F). În plus, fiecare impuls este înlocuit într-un convertor analog-digital de 8 biți (ADC - ADC-Analog-to-Digital Converter) cu un cod binar care ține cont de semnul și amplitudinea probei (256 de niveluri de cuantizare). Acest proces de cuantizare se numește Modulare cod impuls (PCM sau PCM). În acest caz, se folosește o lege de cuantizare neliniară numită „A = 87,6”, care ține mai bine cont de natura percepției umane a semnalelor de vorbire. Viteza de transmisie a unui mesaj telefonic se dovedește a fi 8 × 8000 = 64 Kbps. Un sistem de mesagerie telefonică cu 30 de canale (primul nivel al ierarhiei standardului CCITT - PDH-E1) cu împărțire în timp a canalelor funcționează deja la o viteză de 2048 Kbit/s.

Când muzică digitală este înregistrată pe un CD (Compact Disk), care conține maximum 74 de minute de sunet stereo, se utilizează o frecvență de eșantionare de 2F≈44,1 kHz (deoarece limita de auz a urechii umane este de 20 kHz plus o marjă de 10% ) și cuantificare liniară pe 16 biți a fiecărei mostre (65536 niveluri de semnal audio, 7-8 biți sunt suficienți pentru vorbire).

Utilizarea semnalelor discrete (digitale) reduce dramatic probabilitatea de a obține informații distorsionate, deoarece:

în acest caz, sunt aplicabile tehnici eficiente de codare care asigură detectarea și corectarea erorilor (vezi Subiectul 6);

este posibil să se evite efectul de acumulare a distorsiunilor inerente unui semnal continuu în timpul transmisiei și prelucrării acestora, deoarece semnalul cuantizat poate fi ușor restabilit la nivelul său original ori de câte ori cantitatea de distorsiune acumulată se apropie de jumătatea pasului de cuantizare.

În plus, în acest caz, prelucrarea și stocarea informațiilor pot fi efectuate prin intermediul tehnologiei informatice.

Aproape încă din momentul înființării, triburile umane s-au confruntat cu nevoia nu numai de a acumula informații, ci și de a le schimba între ele. Totuși, dacă nu a fost atât de greu să faci asta cu vecinii (limbă și scris), atunci cu cei care se aflau la distanțe mari, acest proces a creat unele probleme.

De-a lungul timpului, acestea au fost rezolvate cu inventarea semnalului. la început erau destul de primitivi (fum, sunet etc.), dar treptat omenirea a descoperit noi legi ale naturii, care au contribuit la inventarea unor noi modalități de transmitere a informațiilor. Să aflăm ce tipuri de semnale sunt și, de asemenea, să luăm în considerare care dintre ele sunt cele mai des folosite în societatea modernă.

Ceea ce se numește semnal

Acest cuvânt înseamnă informație codificată de un sistem, care este transmisă printr-un canal special și poate fi decodificată de un alt sistem.

Mulți oameni de știință cred că capacitatea organismelor biologice sau chiar a celulelor individuale de a interacționa între ele (semnalând prezența nutrienților sau pericolul) a devenit principala forță motrice a evoluției.

Fiecare proces fizic poate acționa ca un semnal, ai cărui parametri sunt adaptați tipului de date transmise. De exemplu, într-un sistem telefonic, un transmițător convertește cuvintele vorbitorului într-un semnal electric de tensiune, care este transmis prin fire către un dispozitiv de recepție, lângă care se află persoana care ascultă.

Semnal și mesaj

Aceste două concepte sunt foarte apropiate ca înțeles - conțin anumite date transmise de la expeditor la destinatar. Cu toate acestea, există o diferență tangibilă între ele.

Pentru a atinge acest scop, mesajul trebuie să fie acceptat de către destinatar. Adică, ciclul său de viață este format din trei etape: codificarea informațiilor - transmiterea - decodarea mesajelor.

În cazul unui semnal, acceptarea lui nu este o condiție prealabilă pentru existența acestuia. Adică, informațiile criptate în ea pot fi decodificate, dar nu se știe dacă va fi făcută de cineva.

Clasificarea semnalelor după diferite criterii: tipuri principale

În natură, există multe tipuri de semnale cu caracteristici diferite. În acest sens, pentru clasificarea acestor fenomene sunt folosite diverse criterii. Astfel, există trei categorii:

• După metoda de hrănire (regulată/neregulată).
• După tipul de natură fizică.
• După tipul de funcție care descrie parametrii.

Semnale după tipul de natură fizică

În funcție de metoda de educație, tipurile de semnale sunt următoarele.

• Electrice (purtător de informații - curent sau tensiune variabilă în timp într-un circuit electric).
• Magnetic.
• Electromagnetic.
• Termic.
• Semnale de radiații ionizante.
• Optică/luminoasă.
• Acustic (sunet).

Ultimele două tipuri de semnale sunt, de asemenea, cele mai simple exemple de operațiuni tehnice de comunicație, al căror scop este acela de a sesiza particularitățile situației actuale.

Cel mai adesea ele sunt folosite pentru a avertiza despre pericol sau defecțiuni ale sistemului.

Adesea, soiurile de sunet și optice sunt folosite ca coordonatori pentru funcționarea fără probleme a echipamentelor automate. Deci unele tipuri de semnale de control (comenzi) sunt stimulatoare pentru ca sistemul să ia măsuri.

De exemplu, în alarmele de incendiu, atunci când sunt detectate urme de fum de către senzori, acestea emit un sunet strident. Acesta, la rândul său, este perceput de sistem ca un semnal de control pentru stingerea sursei de incendiu.

Un alt exemplu al modului în care un semnal (tipurile de semnale după tipul de natură fizică sunt enumerate mai sus) activează activitatea sistemului în caz de pericol este termoreglarea corpului uman. Deci, dacă din cauza diverșilor factori temperatura corpului crește, celulele „informează” creierul despre aceasta și pornește „sistemul de răcire a corpului”, mai bine cunoscut de toată lumea sub numele de transpirație.

După tipul funcției

Pentru acest parametru sunt alocate diferite categorii.

• Analogic (continuu).
• Cuantic.
• Discret (impuls).
• Semnal digital.

Toate aceste tipuri de semnale sunt electrice. Acest lucru se datorează faptului că nu numai că sunt mai ușor de manevrat, dar sunt și ușor de transmis pe distanțe lungi.

Ce este un semnal analogic și tipurile acestuia

Acest nume este dat semnalelor de origine naturală care se modifică continuu în timp (continuu) și pot lua diferite valori pe un anumit interval.

Datorită proprietăților lor, sunt perfecte pentru transmisia de date în comunicații telefonice, radiodifuziune și televiziune.

De fapt, toate celelalte tipuri de semnale (digitale, cuantice și discrete) sunt analog convertite prin natura lor.

În funcție de spațiile continue și de mărimile fizice corespunzătoare, se disting diferite tipuri de semnale analogice.

• Drept.
• Secțiune.
• Cerc.
• Spații caracterizate prin multidimensionalitate.

Semnal cuantizat

După cum sa menționat deja în ultimul paragraf, aceasta este încă aceeași formă analogică, dar diferența este că a fost cuantificată. În același timp, întreaga sa gamă de valori a fost subdivizată în niveluri. Numărul lor este reprezentat în numere cu o lățime de biți dată.

De obicei, acest proces este utilizat în practică la comprimarea semnalelor audio sau optice. Cu cât sunt mai multe niveluri de cuantizare, cu atât mai precisă devine transformarea formei analogice în cea cuantică.

Soiul în cauză aparține și celor care au apărut artificial.

În multe clasificări ale tipurilor de semnale, acest semnal nu este distins. Cu toate acestea, există.

Vedere discretă

Acest semnal este, de asemenea, artificial și are un număr finit de niveluri (valori). De regulă, sunt două sau trei.

În practică, diferența dintre transmisia semnalului discret și analogic poate fi ilustrată prin compararea înregistrării sunetului de pe o înregistrare de vinil și pe un CD. În primul, informațiile sunt prezentate sub forma unei piste audio continue. Dar pe al doilea - sub formă de puncte arse cu laser cu reflectivitate diferită.

Acest tip de transmisie de date are loc prin conversia unui semnal analogic continuu într-un set de valori discrete sub formă de coduri binare.

Acest proces se numește eșantionare. În funcție de numărul de simboluri din combinațiile de coduri (uniform / inegal), acesta este împărțit în două tipuri.

Semnale digitale

Astăzi, această metodă de transmitere a informațiilor o înlocuiește constant pe cea analogică. La fel ca și precedentele două, este și artificială. În practică, este reprezentată ca o succesiune de valori numerice.

Spre deosebire de analog, cel luat în considerare transmite datele mult mai rapid și mai bine, eliminându-le simultan de interferența zgomotului. În același timp, aceasta este slăbiciunea semnalului digital (celelalte tipuri de semnale sunt în cele trei paragrafe precedente). Cert este că informațiile filtrate în acest fel pierd particule de date „zgomotoase”.

În practică, aceasta înseamnă că părți întregi dispar din imaginea transmisă. Și când vine vorba de sunet - cuvinte sau chiar propoziții întregi.

De fapt, orice semnal analogic poate fi modulat la digital. Pentru a face acest lucru, suferă două procese simultane: eșantionare și cuantificare. Ca metodă separată de transmitere a informațiilor, semnalul digital nu este împărțit în tipuri.

Popularitatea sa contribuie la faptul că în ultimii ani au fost create televizoare de nouă generație special pentru transmisia digitală, mai degrabă decât analogică, a imaginii și a sunetului. Cu toate acestea, acestea pot fi conectate la cabluri TV obișnuite folosind adaptoare.

Modularea semnalului

Toate metodele de mai sus de transmitere a datelor sunt asociate cu un astfel de fenomen precum modularea (pentru semnale digitale - manipulare). De ce este nevoie?

După cum știți, undele electromagnetice (cu ajutorul cărora sunt transmise diferite tipuri de semnale) sunt predispuse la atenuare, iar acest lucru reduce semnificativ raza de transmisie a acestora. Pentru a preveni acest lucru, vibrațiile de joasă frecvență sunt transferate în regiunea undelor lungi de înaltă frecvență. Acest fenomen se numește modulare (manipulare).

Pe lângă creșterea distanței de transmisie a datelor, datorită acesteia, imunitatea semnalelor la zgomot este crescută. Și, de asemenea, devine posibilă organizarea simultană a mai multor canale independente de transmitere a informațiilor simultan.

Procesul în sine este următorul. Dispozitivul, numit modulator, primește simultan două semnale: de joasă frecvență (transportă anumite informații) și de înaltă frecvență (fără informații, dar este capabil să fie transmis pe distanțe mari). În acest dispozitiv, ele sunt transformate într-unul singur, care combină simultan meritele ambelor.

Tipurile de semnale de ieșire depind de parametrul modificat al oscilației de înaltă frecvență a purtătorului de intrare.

Dacă este armonic, acest proces de modulație se numește analogic.

Dacă este periodică, este pulsată.

Dacă semnalul purtător este doar un curent continuu, acest tip se numește asemănător zgomotului.

Primele două tipuri de modulație a semnalului, la rândul lor, sunt împărțite în subspecii.

Modulația analogică este așa.

• Amplitudine (AM) - modificarea amplitudinii semnalului purtător.
• Faza (FM) - faza se schimbă.
• Frecvență - doar frecvența este afectată.

Tipuri de modulare a semnalelor puls (discrete).

• Amplitudine-puls (AIM).
• Frecvența pulsului (PFM).
• Lățimea impulsului (PWM).
• impuls de fază (FIM).

Având în vedere ce metode de transmitere a datelor există, putem concluziona că, indiferent de tipul lor, toate joacă un rol important în viața unei persoane, ajutându-l să se dezvolte cuprinzător și protejându-l de eventuale pericole.

În ceea ce privește semnalele analogice și digitale (cu ajutorul cărora se transmite informații în lumea modernă), atunci, cel mai probabil, în următorii douăzeci de ani în țările dezvoltate primul va fi aproape complet înlocuit de cel din urmă.

Luând în considerare semnalele și tipurile de semnale, trebuie spus că există cantități diferite ale acestor conexiuni. În fiecare zi, orice persoană se confruntă cu utilizarea unui dispozitiv electronic. Fără ele, viața modernă nu mai este imaginată de nimeni. Vorbim despre munca unui televizor, radio, computer și așa mai departe. Anterior, nimeni nu se gândea la ce semnal este folosit în multe dispozitive funcționale. În zilele noastre, cuvintele analog, digital și discret se aud de mult.

Nu toate, totuși, unele dintre semnalele de mai sus sunt considerate destul de de înaltă calitate și fiabile. Transmisia digitală nu este la fel de veche ca transmisia analogică. Acest lucru se datorează faptului că tehnologia a început să susțină acest tip abia recent, acest tip de semnal fiind și el descoperit relativ recent. Orice persoană întâlnește în mod constant discreția. Vorbind despre tipurile de procesare a semnalului, trebuie amintit că aceasta este puțin intermitentă.

Dacă vă aprofundați în știință, atunci ar trebui spus că transferul de informații este discret, ceea ce vă permite să transferați date și să schimbați timpul din mediu. Datorită ultimei proprietăți, un semnal discret poate lua orice valoare. În acest moment, acest indicator se estompează în fundal, după ce majoritatea echipamentelor au început să fie produse pe cipuri.

Semnalele digitale și alte semnale sunt integrale, componentele interacționează între ele 100%. În discretie, opusul este adevărat. Faptul este că aici fiecare detaliu funcționează independent și este responsabil pentru funcțiile sale separat.

Semnal

Să luăm în considerare tipurile de semnale de comunicare puțin mai târziu, dar acum ar trebui să vă familiarizați cu ceea ce este, în principiu, semnalul în sine. Acesta este un cod comun care este transmis prin aer de către sisteme. Aceasta este o formulare generală.

În domeniul informației și al altor tehnologii, există un mediu special care permite transmiterea mesajelor. Poate fi creat, dar nu poate fi acceptat. În principiu, unele sisteme îl pot accepta, dar acest lucru nu este necesar. Dacă semnalul trebuie considerat un mesaj, atunci este imperativ să-l „prindeți”.

Acest cod de transfer de date poate fi numit o funcție matematică comună. Descrie orice modificare a parametrilor disponibili. Dacă luăm în considerare teoria ingineriei radio, atunci ar trebui spus că astfel de opțiuni sunt considerate de bază. Trebuie remarcat faptul că conceptul de „zgomot” este analog unui semnal.

Îl distorsionează, poate fi suprapus codului deja transferat și, de asemenea, este în funcție de timp. Articolul va descrie mai jos semnalele și tipurile de semnale, vorbim despre discret, analog și digital. Să aruncăm o privire rapidă asupra întregii teorii pe această temă.

Tipuri de semnale

Există mai multe tipuri, precum și clasificări ale semnalelor existente. Să le luăm în considerare.

Primul tip este un semnal electric, există și semnale optice, electromagnetice și acustice. Există mai multe alte tipuri similare, dar nu sunt populare. Această clasificare se bazează pe mediul fizic.

Conform metodei de setare a semnalului, acestea sunt împărțite în regulate și neregulate. Primul tip are o funcție analitică, precum și un tip determinist de transfer de date. Semnalele aleatorii pot fi formate folosind unele teorii din matematica superioară, în plus, ele sunt capabile să preia multe valori în perioade de timp complet diferite.

Tipurile de transmisie a semnalului sunt destul de diferite, trebuie remarcat faptul că semnalele conform acestei clasificări sunt împărțite în analogice, discrete și digitale. Adesea, astfel de semnale sunt folosite pentru a asigura funcționarea dispozitivelor electrice. Pentru a face față fiecărei opțiuni, trebuie să vă amintiți cursul de fizică din școală și să citiți puțină teorie.

Pentru ce este procesat semnalul?

Semnalul trebuie procesat pentru a obține informațiile care sunt criptate în el. Dacă luăm în considerare tipurile de modulație a semnalului, trebuie remarcat că, în ceea ce privește amplitudinea și frecvența, acesta este un proces destul de complex care trebuie înțeles pe deplin. Odată primită informația, aceasta poate fi folosită în moduri foarte diferite. În unele situații, este formatat și trimis mai departe.

Există și alte motive pentru care trebuie remarcate procesarea semnalului. Constă în comprimarea frecvențelor care sunt transmise, dar fără a deteriora toate informațiile. Apoi este formatat din nou și transmis. Acest lucru se face la viteze mici. Dacă vorbim despre semnale analogice și digitale, atunci se folosesc metode speciale aici. Există filtrare, convoluție și alte câteva funcții. Acestea sunt necesare pentru a recupera informații dacă semnalul a fost deteriorat.

Creare și formatare

Multe tipuri de semnale informaționale, despre care vom vorbi în articol, trebuie create și apoi formatate. Pentru a face acest lucru, ar trebui să aveți un convertor digital-analogic, precum și un convertor analog-digital. De regulă, ambele sunt folosite într-o singură situație: numai în cazul utilizării unei tehnici precum DSP.

În alte cazuri, doar primul dispozitiv va funcționa. Pentru a crea coduri fizice analogice și apoi a le reformata în metode digitale, este necesar să folosiți dispozitive speciale. Acest lucru va preveni pe cât posibil deteriorarea informațiilor.

Interval dinamic

Gama oricărui tip de semnal analogic este ușor de calculat. Este necesar să folosiți diferența dintre nivelurile de volum mai mare și mai scăzută, care este afișată în decibeli.

De remarcat faptul că informația depinde în întregime de specificul execuției sale. Mai mult, vorbim atât despre muzică, cât și despre conversațiile unui om obișnuit. Dacă luăm un crainic care va citi știrile, atunci intervalul său dinamic nu va fi mai mare de 30 de decibeli. Și dacă citiți vreo lucrare în vopsele, atunci această cifră crește la 50.

Semnal analog

Tipurile de prezentare a semnalului sunt destul de diferite. Trebuie remarcat însă că semnalul analogic este continuu. Dacă vorbim despre deficiențe, atunci mulți notează prezența zgomotului, care poate duce, din păcate, la pierderea de informații.

Destul de des, apare o situație în care nu este clar unde codul conține informații cu adevărat importante și unde este doar o distorsiune. Din această cauză semnalul analogic a devenit mai puțin popular, iar în prezent este înlocuit cu tehnologia digitală.

Semnal digital

Trebuie remarcat faptul că un astfel de semnal, ca și alte tipuri de semnale, este un flux de date, care este descris prin caracteristici discrete.

Trebuie remarcat faptul că amplitudinea sa poate fi repetată. Dacă versiunea analogică descrisă mai sus este capabilă să ajungă la un punct final cu o cantitate uriașă de zgomot, atunci cea digitală nu permite acest lucru. El este capabil să elimine în mod independent cea mai mare parte a interferențelor pentru a evita deteriorarea informațiilor. De asemenea, trebuie remarcat faptul că acest tip transferă informații fără nicio încărcare semantică.

Astfel, un utilizator poate trimite cu ușurință mai multe mesaje printr-un canal fizic. Trebuie remarcat faptul că, spre deosebire de tipurile de semnal audio, care sunt cele mai comune în acest moment, precum și analogice, digitalul nu este împărțit în mai multe tipuri. El este unic și independent. Reprezintă un flux binar. Acum este destul de popular, este ușor de utilizat, așa cum demonstrează recenziile.

Aplicație de semnal digital

Având în vedere tipurile de transmisie a semnalului, este necesar să spunem unde se utilizează versiunea digitală. Cum diferă de multe altele în transmitere și utilizare? Cert este că, intrând în repetor, acesta este complet regenerat.

Când un semnal ajunge la echipament, care a primit zgomot și interferență în timpul transmisiei, acesta este imediat formatat. Datorită acestui fapt, turnurile TV pot reforma semnalul, evitând utilizarea efectului de zgomot.

Comunicarea analogică în acest caz va fi mult mai bună, deoarece atunci când se primesc informații cu o cantitate mare de distorsiune, aceasta poate fi extrasă cel puțin parțial. Dacă vorbim despre versiunea digitală, atunci acest lucru este imposibil. Dacă mai mult de 50% din semnal are zgomot, atunci putem presupune că informația este complet pierdută.

Mulți oameni, discutând despre comunicarea celulară și despre formate și metode de transmisie complet diferite, au spus că uneori este aproape imposibil să vorbiți. Este posibil ca oamenii să nu audă cuvinte sau expresii. Acest lucru se poate întâmpla doar pe o linie digitală dacă există zgomot.

Dacă vorbim despre comunicare analogică, atunci conversația poate fi continuată în acest caz. Din cauza unor astfel de probleme, repetoarele generează un semnal mereu pe unul nou pentru a reduce decalajele.

Semnal discret

În acest moment, o persoană folosește diverse dialere sau alte dispozitive electronice care primesc semnale. Tipurile de semnale sunt destul de diverse, iar unul dintre ele este discret. Trebuie remarcat faptul că, pentru ca astfel de dispozitive să funcționeze, este necesar să se transmită un semnal audio. De aceea este nevoie de un canal care să aibă o lățime de bandă mult mai mare decât a fost descris anterior.

Care este motivul pentru aceasta? Faptul este că, pentru a transmite cu acuratețe sunetul, este necesar să folosiți un semnal discret. Nu creează un val de sunet, ci o copie digitală a acestuia. În consecință, transmisia vine de la tehnologia în sine. Avantajele unui astfel de transfer sunt că trimiterea loturilor va fi efectuată în pachete, iar cantitatea de date transmise va scădea.

Subtilități

În munca tehnologiei computerelor, a existat de mult un concept precum discretizarea. Datorită unui astfel de semnal, pot fi utilizate informații care sunt complet codificate. Nu este continuă, iar datele sunt toate colectate în blocuri. Mai mult, acestea din urmă sunt particule separate care sunt complet complete și nu depind unele de altele.

Tipuri de modulație

Descriind tipurile de semnale și semnale în general, este necesar să vorbim și despre modulație. Ce este? Acesta este un proces de modificare a mai multor parametri de oscilație simultan, care se efectuează conform unei anumite legi. Trebuie remarcat faptul că modulația este împărțită în digital și impuls, precum și în altele.

La rândul lor, multe dintre ele sunt împărțite separat în mai multe tipuri și există destul de multe. Ar trebui spus despre principalele caracteristici ale unui astfel de concept. De exemplu, datorită tipurilor de modulare a semnalului, puteți obține o transmisie stabilă, pierderi minime, dar trebuie remarcat faptul că fiecare dintre ele necesită un amplificator de liniaritate special.

1. Concepte de bază și definiții. Definiţia radio electronics. Definiţia radio engineering. Conceptul de semnal. Analiza clasificării semnalelor. Analiza clasificării circuitelor de inginerie radio. Analiza clasificării sistemelor electronice radio.

Electronica radio modernă este un nume generalizat pentru o serie de domenii ale științei și tehnologiei legate de transmiterea și transformarea informațiilor bazate pe utilizarea și transformarea undelor electromagnetice și undelor de frecvență radio; domeniile principale sunt:

inginerie radio, fizică radio și electronică.

Sarcina principală a ingineriei radio este de a transmite informații la distanță folosind unde electromagnetice. Într-un sens mai larg, ingineria radio modernă este un domeniu al științei și tehnologiei asociat cu generarea, amplificarea, conversia, procesarea, stocarea, transmiterea și recepția undelor electromagnetice în domeniul de frecvență radio utilizat pentru a transmite informații la distanță. După cum rezultă din aceasta, ingineria radio și electronica radio sunt strâns legate și adesea acești termeni se înlocuiesc unul pe celălalt.

Știința care studiază bazele fizice ale ingineriei radio se numește radiofizică.

1. Conceptul de semnal.

Un semnal (din latină signum - un semn) este un proces fizic sau un fenomen care poartă un mesaj despre un eveniment, starea unui obiect sau trimite comenzi de control, notificări etc. Astfel, semnalul este purtătorul material al mesajului. Orice proces fizic (lumină, câmp electric, vibrații sonore etc.) poate servi ca un astfel de purtător. În electronică, sunt studiate și utilizate în principal semnalele electrice. Semnalele ca procese fizice sunt observate folosind diverse instrumente și dispozitive (osciloscop, voltmetre, receptoare). Orice model reflectă un număr limitat de caracteristici esențiale ale unui semnal fizic real. Caracteristicile neesențiale ale semnalului sunt ignorate pentru a simplifica descrierea matematică a semnalelor. Cerința generală pentru un model matematic este aproximarea maximă a procesului real cu complexitatea minimă a modelului. Funcțiile care descriu semnale pot lua valori reale și complexe, așa că vorbesc adesea despre modele de semnal reale și complexe.

Clasificarea semnalelor. Conform previziunilor momentului. valorile semnalului în orice moment sunt separate prin:

Semnale deterministe, de ex. astfel de semnale pentru care sunt cunoscute și previzibile valori instantanee pentru orice moment de timp cu o probabilitate egală cu unu;

Semnale aleatorii, de ex. astfel de semnale, a căror valoare în orice moment nu poate fi prezisă cu o probabilitate egală cu unu.

Toate semnalele care transportă informații sunt aleatorii, deoarece un semnal complet determinist (cunoscut) nu conține informații.

Cele mai simple exemple de semnale deterministe și aleatorii sunt tensiunile de linie și, respectiv, tensiunile de zgomot (vezi Figura 2.1).

La rândul lor, semnalele aleatoare și deterministe pot fi subdivizate în semnale continue sau analogice și semnale discrete, care au mai multe varietăți. Dacă un semnal poate fi măsurat (observat) în orice moment, atunci se numește analog. Un astfel de semnal există în orice moment. Semnalele discrete pot fi observate și măsurate în intervale de timp discrete (separate) limitate de momentul apariției. Semnalele discrete includ semnale de impuls.

Figura prezintă două tipuri de impulsuri. Impuls video și impuls radio. La formarea impulsurilor radio, un impuls video este utilizat ca semnal de control (modulator), iar în acest caz există o conexiune analitică între ele:

În acest caz, se numește plicul pulsului radio, iar funcția este umplerea acestuia.

Pulsurile sunt de obicei caracterizate de amplitudinea A, durata, durata de creștere și scădere și, dacă este necesar, de frecvența sau perioada de repetiție.

Semnalele de impuls pot fi de diferite tipuri. În special, se face o distincție între semnalele de impuls numite discrete (vezi Fig. 2.3).

Acest tip de semnale pot fi reprezentate printr-un model matematic sub forma unui set numărabil de valori ale funcției - unde i = 1, 2, 3, ...., k, numărate la momente discrete. Pasul de eșantionare a semnalului în timp și în amplitudine este de obicei o valoare constantă pentru un anumit tip de semnal, adică câștig minim de semnal

Fiecare dintre valorile mulțimii finite S poate fi reprezentată în sistemul binar ca un număr: - 10101; - 11001; - 10111. Astfel de semnale sunt numite digitale.

Clasificarea sistemelor radio și sarcinile pe care le rezolvă

În funcție de funcțiile îndeplinite, sistemele radio informatice pot fi împărțite în următoarele clase:

transmisie de informații (comunicații radio, radiodifuziune, televiziune);

extragerea de informații (radar, radionavigație, radioastronomie, măsurători radio etc.);

distrugerea informațiilor (contramăsuri radio);

controlul diferitelor procese și obiecte (vehicule aeriene fără pilot etc.);

combinate.

În sistemul de transmitere a informațiilor, există o sursă de informații și destinatarul acesteia. Într-un sistem radio de preluare a informațiilor, informația ca atare nu este transmisă, ci este extrasă fie din semnalele proprii emise în direcția obiectului studiat și reflectate din acesta, fie din semnale de la alte sisteme radio, fie din propriul radio. emisie de diferite obiecte.

Sistemele radio de distrugere a informațiilor servesc pentru a interfera cu funcționarea normală a unui sistem radio concurent prin emiterea unui semnal de interferență sau primirea, distorsionarea și reemiterea deliberată a unui semnal.

În sistemele de control radio, problema se rezolvă prin obiectul unei comenzi trimise de la panoul de control. Semnalele de comandă sunt informații pentru urmăritorul care execută comanda.

Principalele sarcini rezolvate de sistemul radio la primirea informațiilor sunt:

Detectarea semnalului pe fundalul interferenței.

Semnale distinctive pe fondul interferenței.

Estimarea parametrilor semnalului.

Redați mesajul.

Prima problemă se rezolvă cel mai simplu, în care, cu probabilitățile date de detectare corectă și alarmă falsă, ar trebui luată o decizie cu privire la prezența unui semnal cunoscut în mesajul primit. Cu cât este mai mare nivelul sarcinii, cu atât circuitul receptorului devine mai complex.

2. Energia, puterea, ortogonalitatea și coerența semnalelor. Energia reciprocă a semnalelor (integrala de similaritate). Conceptul de rată a semnalului.