Сигнали та їхні параметри.

Сигнал — це будь-який фізичний носій інформації, кількісні характеристики змінюються з часом. Це фізичний процес, здатний діяти на органи чуття людини або технічні пристрої (наприклад, давачі), що застосовується для відтворення, передачі, приймання, перетворення та зберігання інформації. 3 метою створення i поширення сигналів використовують фізичні властивості різних носіїв інформації (наприклад, пружність, прозорість, кольоровість, електропровідність, намагніченість). Отже, за фізичною природою носія інформації сигнали можуть бути механічні (звук, морський прапорцевий семафор), електричні (зміна струму або напруги), магнітні (феромагнітна плівка, магнітна стрічка), оптичні (світлофор, сигнальна ракета) тощо.

Одна і та сама інформація може бути перетворена і передана на відстань сигналами різної фізичної природи. При цьому зміст інформації визначається не природою носія, а лише законом зміни кількісних величин, що його характеризують. Тому дуже часто для зручності оброблення та передавання сигнали однієї фізичної природи перетворюють на сигнали іншої фізичної природи. Наприклад, для підвищення потужності звукових сигналів їx за допомогою мікрофона перетворюють на електричні сигнали, які підсилюють, а потім за допомогою гучномовця знову перетворюють на механічні сигнали (звук).

У радіоелектроніці використовують переважно електричні сигнали, тому що вони забезпечують найвищу швидкодію радіоелектронних пристроїв, легко обробляються радіоелектронними методами i перетворюються на сигнали будь-якої іншої фізичної природи. Крім того, саме електричні пристрої оброблення сигналів найбільш технологічні, надійні, економічні та малогабаритні з усіх існуючих. Отже, з розглянутих причин можна говорити про прикладну універсальність електричних сигналів.

Серед електричних сигналів окремо виділяють сигнали повідомлення (їx ще називають керувалъними) і радіосигнали. Останні відрізняються тим, що для їx створення використовують спеціальні високочастотні коливання. Ці коливання в coбi ніякої інформації не містять, а є лише допоміжними носіями інформації, яка міститься в сигналах повідомлення. Тому вони називаються носійними коливаннями. Для передавання інформації один iз параметрів носійного коливання (амплітуду, частоту, фазу, тривалість) змінюють за законом зміни сигналу повідомлення. Цей процес називається модуляцією носійного коливання.

Радіосигнали випромінюються у відкритий простір у вигляді електромагнітних хвиль i забезпечують багатоканальну передачу інформації по проводах, хвилеводах, оптичних лініях зв’язку, а також поліпшують якість оброблення сигналів в електричних колах, підвищуючи їx завадозахищеність. Будь-які сигнали, що заважають обробленню тих сигналів, в яких міститься потрібна споживачеві інформація, називаються завадами.

Завади під час оброблення електричних сигналів можуть виникати з двох причин. По-перше, це внутрішні завади, джерелами яких е тепловий та флуктуаційний рух носіїв електричних зарядів у провідниках, а також струми, наведені від сусідніх потужних сторонніх джерел (наприклад від мережі живлення, потужних підсилювачів). По-друге існує багато завад зовнішнього відносно радіоелектронного пристрою походження. Це побутова електронна апаратура, електротранспорт, атмосферні розряди, космічне випромінювання, промислові завади i, нарешті, сигнали сусідніх радіостанцій при недостатній вибірності радіоприймача.

Боротьба з завадами, підвищення якості сигналів, що несуть корисну інформацію на фоні Діючих завад, є однією з актуальних проблем сучасного оброблення електричних сигналів, оскільки завади спотворюють інформацію, а той навіть унеможливлюють її оброблення. Одним з ефективних способів підвищення завадозахищеності, крім деяких видів модуляції, є перехід від аналогових до цифрових сигналів.

Природа більшості фізичних величин (тиск, температура, освітленість тощо) така, що вони можуть набувати будь-яких значень у певному діапазоні. В цьому разі сигнал на виході первинного перетворювача (мікрофон, термопара, фотодіод) за будь-який проміжок часу може мати нескінченну кількість значень. Цей неперервний сигнал змінюється аналогічно зміні інформації, яку він відтворює, тому його називають аналоговим.

Типовим прикладом аналогового сигналу е напруга на виході мікрофона. Під дією джерела звуку змінюється тиск повітря на мембрану, яка прогинається i сприяє створенню деякої напруги на кінцях звукової котушки. Зміна цієї напруги за амплітудою та частотою аналогічна зміні звукового тиску. Такі сигнали й досі використовують у системах радіомовлення, але аналогові сигнали найбільш завадонезахищені. З цієї та деяких інших причин поряд з аналоговими все частіше застосовують дискретні цифрові сигнали.

Найпростішою формою цифрового сигналу є комбінація двох дискретних станів (наприклад, наявність i відсутність струму, напруги, випромінювання). Їм у відповідність можна поставити двійковий, або бінарний, код. Скажімо, наявність сигналу можна позначити символом 1, а відсутність — 0. При цьому кількісна мірa, що характеризує цей сигнал (сила струму, освітленість) такого значення не має. Такі дискретні цифрові сигнали дуже зручні в багатьох відношеннях. Основною ix перевагою перед іншими сигналами є здатність до регенерування, тобто до відновлення форми сигналу, спотвореного завадами. Це забезпечує дуже високу завадозахищеність ліній зв’язку i високу якість передачі інформації. До того ж із наперед заданою точністю аналогові сигнали легко перетворюються на цифрові, а цифрові —на аналогові (див. п. і.3).

Передана сигналом інформація корисна лише тоді, коли вона несе щось нове, невідоме, несподіване, тобто для споживача інформації такий сигнал є випадковою функцією часу. Аналізувати властивості подібних сигналів, особливості їx проходження в електричних колах i радіоелектронних пристроях дуже складно. Тому для спрощення аналізу при настроюванні та регулюванні апаратури, а також для кращого унаочнення технічних процесів під час навчання реальні випадкові сигнали замінюють детермінованими штучними коливаннями. Останні задають заздалегідь певними функціями часу на нескінченній осі, які нової інформації нести не можуть, тобто вони, по суті, не є сигналами.

Детерміновані коливання поділяють на періодичні та неперіодичні. Перші задають функцією , яка задовольняє умову на досить великому проміжку часу . Неперіодичні функції цю умову не задовольняють. Найпростішим детермінованим періодичним коливанням е гармонічне коливання, що описується функцією або функцією Такий сигнал називають неперервним коливанням i характеризують амплітудою , періодом i початковою фазою .

Крім того, для аналізу властивостей електричних кіл використовують імпульсні періодичні коливання (їx називають також релаксаційними), які характеризують амплітудою , періодом i тривалістю прямокутного імпульсу . Математичне обґрунтування такого підходу полягає в тому, що згідно з теоремою Фур’є будь-яка періодична функція може бути розвинена в ряд елементарних гармонічних функцій. В разі ж переходу до неперіодичних функцій кількість таких елементарних складових стає нескінченною. Тоді застосовують статистичний метод, в основу якого покладено закон розподілу ймовірностей та спектральний розподіл потужності сигналу.

Для кращого унаочнення у навчанні використовують різні способи подання сигналів. Так, для математичного аналізу властивостей електричних кіл зручною є аналітична форма у вигляді математичних формул, для спостереження на екрані осцилографа — розгортка функції по координатах часу, для з’ясування питань фільтрації, граничних частот, смуги пропускання краще розглядати спектральні складові сигналу. іноді складні, наприклад, модульовані сигнали зручно розглядати за допомогою векторних діаграм. Однак будь-який із названих способів зосереджує нашу увагу лише на якихось одних властивостях та залежностях i є спрощеною моделлю реального сигналу. Реальні сигнали завжди відрізняються від своїх графічних та математичних моделей, а тому переходити від моделі до реального об’єкта слід з урахуванням фізичних реалій.

Властивості сигналів i передану за їх допомогою інформацію можна характеризувати кількісними параметрами Основним з них є ширина спектра сигналу Рис. 1.1. Ілюстрація обсягу

, його динамічний діапазон та трив електричного сигналу.

алість

Ширина спектра визначається як різниця між найвищою i найнижчою частотами спектра сигналу, які слід забезпечити для якісної передачі інформації. Наприклад, ширина спектра для телеграфних сигналів становить 75 Гц, для аналогової телефонії — 3400Гц, а для телевізійного сигналу — близько 6 МГц. Ширина спектра обернено пропорційна швидкості зміни сигналу.

Динамічний діапазон — це відношення максимальної миттєвої потужності сигналу до мінімальної, що забезпечує задану якість передачі інформації. Найчастіше динамічний діапазон виражають в логарифмічних одиницях — децибелах (дБ):

. (1.1)

Наприклад, динамічний діапазон для мовлення становить 30...35 дБ, а для музики у виконанні симфонічного оркестру — 70...80 дБ.

Проміжок часу, протягом якого передається сигнал, називається тривалістю сигналу

Добуток цих основних параметрів сигналу визначає його обсяг (рис. 1.1)

. (1.2)

Обсяг сигналу можна визначити також через швидкість передачі інформації. Кількісно інформацію виражають у спеціальних одиницях — бітах. Один біт — це кількість інформації, яку містить один розряд двійкового цифрового коду. Швидкість передачі інформації виражають в бітах за секунду i позначають Літерою . Отже, обсяг сигналу

. (1.3)

Сигнали передаються на відстань за допомогою сукупності технічних засобів, яка називається каналом зв’язку. Це може бути двопровідна, кабельна, оптична, радіорелейна, супутникова або якась інша лінія зв’язку 3і своєю приймально-передавальною апаратурою. Кожен канал зв’язку має свої технічні параметри: смугу пропускання, динамічний діапазон та швидкодію. Щоб передати сигнал по каналу зв’язку без утрат інформації, його параметри треба узгодити з параметрами цього каналу. Такі дії над сигналом виконуються в перетворювачах, які докладно розглядаються в спеціальній теорії зв’язку.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
РО3ДІЛ 1 ЕЛЕКТРИЧНІ СИГНАЛИ Й ЕЛЕМЕНТИ	\|	Сигнали повідомлення

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.022 сек.