Peaaegu selle loomise hetkest peale seisid inimhõimud silmitsi vajadusega mitte ainult teavet koguda, vaid ka seda omavahel vahetada. Kui aga lähedastega (keel ja kirjutamine) seda nii raske teha ei olnud, siis kaugemal viibijatega tekitas see protsess omajagu probleeme.

Aja jooksul lahendati need signaali leiutamisega. algul olid need üsna primitiivsed (suits, heli jne), kuid järk-järgult avastas inimkond uued loodusseadused, mis aitasid kaasa uute teabeedastusviiside leiutamisele. Uurime välja, mis tüüpi signaale on, ja kaalume ka, milliseid neist tänapäeva ühiskonnas kõige sagedamini kasutatakse.

Mis on signaal?

See sõna tähendab ühe süsteemi poolt kodeeritud teavet, mis edastatakse spetsiaalse kanali kaudu ja mida saab dekodeerida teine ​​süsteem.

Paljud teadlased usuvad, et bioloogiliste organismide või isegi üksikute rakkude võime üksteisega suhelda (andes märku toitainete olemasolust või ohust) on muutunud evolutsiooni peamiseks tõukejõuks.

Signaalina võib toimida iga füüsiline protsess, mille parameetrid on kohandatud edastatavate andmete tüübile. Näiteks telefonisidesüsteemis muundab saatja kõneleva abonendi sõnad elektripingesignaaliks, mis edastatakse juhtmete kaudu vastuvõtuseadmesse, mille läheduses kuulaja asub.

Signaal ja teade

Need kaks mõistet on tähenduselt väga lähedased – need sisaldavad teatud andmeid, mis edastatakse saatjalt adressaadile. Siiski on nende vahel märgatav erinevus.

Selle eesmärgi saavutamiseks peab adressaat sõnumi vastu võtma. See tähendab, et selle elutsükkel koosneb kolmest etapist: teabe kodeerimine - edastamine - sõnumi dekodeerimine.

Signaali puhul ei ole selle vastuvõtmine selle olemasolu vajalik tingimus. See tähendab, et selles krüpteeritud teavet saab dekodeerida, kuid kas keegi seda teeb, pole teada.

Signaalide klassifikatsioon erinevate kriteeriumide järgi: põhitüübid

Looduses on palju erinevate omadustega signaale. Sellega seoses kasutatakse nende nähtuste klassifitseerimiseks erinevaid kriteeriume. Seega on kolm kategooriat:

• Tarneviisi järgi (tavaline/ebaregulaarne).
• Füüsilise olemuse tüübi järgi.
• Parameetreid kirjeldava funktsiooni tüübi järgi.

Signaalid füüsilise olemuse tüübi järgi

Sõltuvalt moodustamismeetodist on signaalide tüübid järgmised.

• Elektriline (andmekandja - ajas muutuv vool või pinge elektriahelas).
• Magnetiline.
• Elektromagnetiline.
• Soojus.
• Ioniseeriva kiirguse signaalid.
• Optiline/valgus.
• Akustiline (heli).

Viimased kaks signaalitüüpi on ühtlasi sidetehniliste toimingute lihtsaimad näited, mille eesmärk on teavitada hetkeolukorra iseärasustest.

Enamasti kasutatakse neid ohu või süsteemi tõrgete eest hoiatamiseks.

Sageli kasutatakse automatiseeritud seadmete tõrgeteta toimimiseks koordineerivatena heli- ja optilisi variante. Nii et teatud tüüpi juhtsignaalid (käsud) stimuleerivad süsteemi tegutsema.

Näiteks tulekahjusignalisatsioonis annavad andurid suitsujälgi tuvastades kõrget heli. Seda omakorda tajub süsteem juhtsignaalina tulekahju kustutamiseks.

Teine näide sellest, kuidas signaal (signaalide tüübid füüsilise olemuse tüübi järgi on loetletud eespool) aktiveerib süsteemi ohu korral, on inimkeha termoregulatsioon. Seega, kui erinevate tegurite mõjul kehatemperatuur tõuseb, siis rakud "teatavad" sellest ajule ja see lülitab sisse "kehajahutussüsteemi", mida kõik teavad paremini higistamise nime all.

Funktsiooni tüübi järgi

Selle parameetri jaoks on erinevad kategooriad.

• Analoog (pidev).
• Kvant.
• Diskreetne (impulss).
• Digitaalne signaal.

Kõik seda tüüpi signaalid on elektrilised. See on tingitud asjaolust, et neid pole mitte ainult lihtsam töödelda, vaid neid on lihtne ka pikkade vahemaade tagant edastada.

Mis on analoogsignaal ja selle tüübid

See nimi on antud loodusliku päritoluga signaalidele, mis aja jooksul pidevalt muutuvad (pidevalt) ja on võimelised teatud aja jooksul võtma erinevaid väärtusi.

Oma omaduste tõttu sobivad need ideaalselt andmeedastuseks telefonisides, raadiosaates ja televisioonis.

Tegelikult on kõik muud tüüpi signaalid (digitaalsed, kvant- ja diskreetsed) oma olemuselt teisendatud analoogiks.

Sõltuvalt pidevatest ruumidest ja vastavatest füüsikalistest suurustest eristatakse erinevat tüüpi analoogsignaale.

• Otse.
• Joonelõik.
• Ring.
• Ruumid, mida iseloomustab mitmemõõtmelisus.

Kvantiseeritud signaal

Nagu eelmises lõigus juba mainitud, on see endiselt sama analoogtüüp, kuid selle erinevus seisneb selles, et see on kvantifitseeritud. Samal ajal võiks kogu selle väärtuste vahemiku jagada tasemeteks. Nende kogus on esitatud antud bitisügavusega arvudes.

Tavaliselt kasutatakse seda protsessi praktikas heli- või optiliste signaalide tihendamisel. Mida rohkem on kvantimistasemeid, seda täpsemaks muutub muundumine analoogist kvantiks.

Kõnealune sort viitab ka kunstlikult tekkinud sortidele.

Paljudes signaalitüüpide klassifikatsioonides seda signaali ei eristata. Siiski on see olemas.

Diskreetne vaade

See signaal on samuti kunstlik ja sellel on piiratud arv tasemeid (väärtusi). Reeglina on neid kaks või kolm.

Praktikas saab diskreetse ja analoogsignaali edastusmeetodite erinevust illustreerida, kui võrrelda helisalvestust vinüülplaadile ja CD-le. Esimesel esitatakse teave pideva heliraja kujul. Kuid teisel - erineva peegelduvusega laseriga põletatud punktidena.

Seda tüüpi andmeedastus toimub pideva analoogsignaali teisendamisel diskreetsete väärtuste komplektiks binaarkoodide kujul.

Seda protsessi nimetatakse diskretiseerimiseks. Sõltuvalt koodikombinatsioonide märkide arvust (ühtlane/ebaühtlane) jaguneb see kahte tüüpi.

Digitaalsed signaalid

Tänapäeval asendab see teabe edastamise meetod pidevalt analoogi. Nagu kaks eelmist, on ka see kunstlik. Praktikas esitatakse see digitaalsete väärtuste jadana.

Erinevalt analoogist edastab see andmeid palju kiiremini ja parema kvaliteediga, samal ajal eemaldades need mürahäiretest. Samal ajal on see digitaalsignaali nõrkus (muud tüüpi signaalid on eelmises kolmes lõigus). Fakt on see, et sel viisil filtreeritud teave kaotab "mürarikkad" andmeosakesed.

Praktikas tähendab see, et edastatud pildist kaovad terved tükid. Ja kui me räägime heli - sõnadest või isegi tervetest lausetest.

Tegelikult saab iga analoogsignaali moduleerida digitaalseks. Selleks läbib see korraga kaks protsessi: proovide võtmine ja kvantimine. Kuna digitaalne signaal on eraldiseisev teabe edastamise meetod, ei jagune see tüüpideks.

Selle populaarsus on aidanud kaasa sellele, et viimastel aastatel on uue põlvkonna telereid loodud spetsiaalselt digitaalseks, mitte analoogseks pildi ja heli edastamiseks. Küll aga saab neid adapterite abil ühendada tavaliste telerikaablitega.

Signaali modulatsioon

Kõik ülaltoodud andmeedastusmeetodid on seotud nähtusega, mida nimetatakse modulatsiooniks (digitaalsete signaalide puhul - manipuleerimine). Miks seda vaja on?

Teatavasti on elektromagnetlained (mille abil edastatakse erinevat tüüpi signaale) altid nõrgenemisele ja see vähendab oluliselt nende ülekandeulatust. Selle vältimiseks kantakse madala sagedusega vibratsioonid üle pikkade kõrgsageduslainete piirkonda. Seda nähtust nimetatakse modulatsiooniks (manipulatsiooniks).

Lisaks andmeedastuskauguse suurendamisele suurendab see signaalide mürakindlust. Samuti on võimalik korraldada korraga mitu sõltumatut kanalit teabe edastamiseks.

Protsess ise on järgmine. Seade, mida nimetatakse modulaatoriks, võtab vastu korraga kahte signaali: madala sagedusega (kannab teatud teavet) ja kõrgsageduslikku (teabevaba, kuid võimeline edastama pikkade vahemaade taha). Selles seadmes muudetakse need üheks, mis ühendab samaaegselt nende mõlema eelised.

Väljundsignaalide tüübid sõltuvad sisendkandja kõrgsagedusliku võnkumise muudetud parameetrist.

Kui see on harmooniline, nimetatakse seda modulatsiooniprotsessi analoogiks.

Kui perioodiline - impulss.

Kui kandesignaal on lihtsalt alalisvool, nimetatakse seda tüüpi müralaadseks.

Kaks esimest signaalimodulatsiooni tüüpi jagunevad omakorda alamtüüpideks.

Analoogmodulatsioon töötab nii.

• Amplituud (AM) - kandesignaali amplituudi muutus.
• Faas (PM) - faas muutub.
• Sagedus – mõjutatud on ainult sagedus.

Impulss- (diskreetsete) signaalide modulatsiooni tüübid.

• Amplituud-impulss (AIM).
• Pulsisagedus (PFM).
• Impulsi laius (PWM).
• Faas-impulss (PPM).

Arvestades, millised andmeedastusmeetodid on olemas, võime järeldada, et olenemata nende tüübist on neil kõigil inimese elus oluline roll, aidates tal igakülgselt areneda ja kaitstes teda võimalike ohtude eest.

Mis puudutab analoog- ja digitaalsignaale (mille abil tänapäeva maailmas teavet edastatakse), siis tõenäoliselt asendatakse arenenud riikides järgmise kahekümne aasta jooksul esimene peaaegu täielikult teisega.

Signaalid – kandjad automatiseerimisvahendites sisalduv teave võib erineda nii füüsilise olemuse ja parameetrite kui ka teabe esitamise vormi poolest. State Instrumentation Systemi (GSP) raames kasutatakse automaatikaseadmete seeriatootmisel järgmist tüüpi signaale:

elektrisignaal (elektrivoolu pinge, tugevus või sagedus);

Pneumaatiline signaal (suruõhurõhk);

Hüdrauliline signaal (vedeliku rõhk või diferentsiaalrõhk).

Vastavalt sellele moodustatakse GSP raames automaatikaseadmete elektrilised, pneumaatilised ja hüdraulilised harud

Vastavalt teabe esitamise vormile võib signaal olla analoog-, impulss- või koodsignaal.

Analoogsignaal mida iseloomustavad voolu muutused mis tahes füüsilise kandja parameetris (näiteks elektripinge või voolu hetkeväärtused). Selline signaal eksisteerib peaaegu igal ajahetkel ja võib teatud parameetrite muutuste vahemikus võtta mis tahes väärtuse.

Pulsssignaal mida iseloomustab teabe esitamine ainult diskreetsetel ajahetkedel, s.o. aja kvantiseerimise olemasolu. Sel juhul esitatakse teave sama kestusega, kuid erineva amplituudiga (signaali impulsi amplituudmodulatsioon) või sama amplituudiga, kuid erineva kestusega (signaali impulsi laiuse modulatsioon) impulsside jada kujul.

Koodsignaal on keeruline impulsside jada, mida kasutatakse digitaalse teabe edastamiseks. Pealegi saab iga numbrit kujutada kompleksse impulsside jadana, s.t. kood ja edastatav signaal on diskreetne (kvanteeritud) nii ajas kui ka tasemes.

Optiline signaal– teatud informatsiooni kandev valguslaine. Valguslaine eripära võrreldes raadiolainega seisneb selles, et tänu oma lühikesele lainepikkusele suudab see praktiliselt teostada mitte ainult ajas, vaid ka ruumilistes koordinaatides moduleeritud signaalide edastamist, vastuvõtmist ja töötlemist. See võimaldab oluliselt suurendada optilisse signaali sisestatava teabe hulka. Optiline signaal on nelja muutuja (x,y,z,t) funktsioon – 3 koordinaati ja aeg. Elektromagnetlaine on elektri- ja magnetvälja muutus ajas ja igas ruumipunktis, mis on omavahel seotud vastavalt induktsiooniseadusele. Elektromagnetlainet iseloomustavad elektrilise E ja magnetilise H välja vastastikku risti asetsevad vektorid, mis muutuvad ajas sama harmoonilise seaduse järgi.

Signaalid on infokoodid, mida inimesed kasutavad infosüsteemis sõnumite edastamiseks. Signaali saab anda, kuid seda pole vaja vastu võtta. Kusjuures sõnumit saab pidada ainult signaaliks (või signaalide kogumiks), mille saaja võttis vastu ja dekodeeris (analoog- ja digitaalsignaal).

Üks esimesi meetodeid teabe edastamiseks ilma inimeste või teiste elusolendite osaluseta olid signaaltuled. Ohu tekkides süüdati tuld järjest ühest postist teise. Järgmisena käsitleme elektromagnetiliste signaalide abil teabe edastamise meetodit ja peatume sellel teemal üksikasjalikult analoog- ja digitaalsignaal.

Iga signaali saab esitada funktsioonina, mis kirjeldab muutusi selle omadustes. See esitus on mugav raadiotehnika seadmete ja süsteemide uurimiseks. Raadiotehnikas on lisaks signaalile ka müra, mis on selle alternatiiv. Müra ei kanna kasulikku teavet ja moonutab sellega suheldes signaali.

Mõiste ise võimaldab teabe kodeerimise ja dekodeerimisega seotud nähtuste käsitlemisel abstraheerida konkreetsetest füüsikalistest suurustest. Signaali matemaatiline mudel uurimistöös võimaldab tugineda ajafunktsiooni parameetritele.

Signaali tüübid

Infokandja füüsilisel keskkonnal põhinevad signaalid jagunevad elektrilisteks, optilisteks, akustilisteks ja elektromagnetilisteks.

Vastavalt seadistusmeetodile võib signaal olla korrapärane või ebaregulaarne. Regulaarne signaal on kujutatud aja deterministliku funktsioonina. Ebaregulaarset signaali raadiotehnikas esindab aja kaootiline funktsioon ja seda analüüsitakse tõenäosusliku lähenemisviisi abil.

Sõltuvalt nende parameetreid kirjeldavast funktsioonist võivad signaalid olla analoogsed või diskreetsed. Kvantitud diskreetset signaali nimetatakse digitaalsignaaliks.

Signaali töötlemine

Analoog- ja digitaalsignaale töödeldakse ja suunatakse signaalisse kodeeritud teabe edastamiseks ja vastuvõtmiseks. Kui teave on välja võetud, saab seda kasutada erinevatel eesmärkidel. Erijuhtudel teave vormistatakse.

Analoogsignaale võimendatakse, filtreeritakse, moduleeritakse ja demoduleeritakse. Samuti võib digitaalseid andmeid tihendada, tuvastada jne.

Analoogsignaal

Meie meeled tajuvad kogu neisse sisenevat teavet analoogsel kujul. Näiteks kui näeme autot möödumas, näeme selle liikumist pidevalt. Kui meie aju saaks oma asukoha kohta teavet kord 10 sekundi jooksul, jookseksid inimesed pidevalt üle. Kuid me saame kaugust hinnata palju kiiremini ja see vahemaa on igal ajahetkel selgelt määratletud.

Täiesti sama juhtub muu infoga, võime iga hetk helitugevust hinnata, tunda sõrmede survet objektidele jne. Teisisõnu, peaaegu kogu teave, mis võib looduses tekkida, on analoogne. Lihtsaim viis sellist teavet edastada on analoogsignaalide kaudu, mis on pidevad ja igal ajal määratletud.

Et mõista, kuidas analoogelektriline signaal välja näeb, võite ette kujutada graafikut, mis näitab amplituudi vertikaalteljel ja aega horisontaalteljel. Kui mõõdame näiteks temperatuuri muutust, siis ilmub graafikule pidev joon, mis näitab selle väärtust igal ajahetkel. Sellise signaali edastamiseks elektrivoolu abil peame võrdlema temperatuuri väärtust pinge väärtusega. Nii saab näiteks 35,342 kraadi Celsiuse järgi kodeerida pingena 3,5342 V.

Analoogsignaale kasutati varem igat tüüpi side puhul. Häirete vältimiseks tuleb sellist signaali võimendada. Mida kõrgem on müratase ehk häired, seda rohkem tuleb signaali võimendada, et seda saaks moonutusteta vastu võtta. See signaalitöötlusmeetod kulutab soojuse tootmiseks palju energiat. Sel juhul võib võimendatud signaal ise tekitada häireid teistele sidekanalitele.

Tänapäeval kasutatakse analoogsignaale endiselt televisioonis ja raadios, et teisendada mikrofoni sisendsignaali. Kuid üldiselt seda tüüpi signaale asendatakse või asendatakse kõikjal digitaalsete signaalidega.

Digitaalne signaal

Digitaalset signaali esindab digitaalsete väärtuste jada. Tänapäeval on kõige sagedamini kasutatavad kahenddigitaalsed signaalid, kuna neid kasutatakse binaarelektroonikas ja neid on lihtsam kodeerida.

Erinevalt eelmisest signaalitüübist on digitaalsel signaalil kaks väärtust "1" ja "0". Kui meenutada meie näidet temperatuuri mõõtmisega, genereeritakse signaal erinevalt. Kui analoogsignaali poolt antav pinge vastab mõõdetud temperatuuri väärtusele, siis edastatakse digitaalses signaalis iga temperatuuriväärtuse jaoks teatud arv pingeimpulsse. Pingeimpulss ise on võrdne "1" ja pinge puudumine on "0". Vastuvõttev seade dekodeerib impulsid ja taastab algandmed.

Olles ette kujutanud, kuidas digitaalne signaal graafikul välja näeb, näeme, et üleminek nullist maksimumile on järsk. Just see funktsioon võimaldab vastuvõtval seadmel signaali selgemalt "näha". Kui esineb häireid, on vastuvõtjal lihtsam signaali dekodeerida kui analoogedastuse korral.

Väga kõrge müratasemega digitaalsignaali on aga võimatu taastada, samas kui suure moonutusega analoogtüübist on siiski võimalik infot “välja võtta”. See on tingitud kaljuefektist. Efekti olemus seisneb selles, et digitaalseid signaale saab edastada teatud vahemaade tagant ja seejärel lihtsalt peatada. See efekt ilmneb kõikjal ja see lahendatakse lihtsalt signaali taastamisega. Kui signaal katkeb, peate sisestama repiiteri või vähendama sideliini pikkust. Repiiter signaali ei võimenda, vaid tunneb ära selle algse vormi ja toodab sellest täpse koopia ning seda saab vooluringis igal viisil kasutada. Selliseid signaali kordamise meetodeid kasutatakse võrgutehnoloogiates aktiivselt.

Muuhulgas erinevad analoog- ja digitaalsignaalid ka teabe kodeerimise ja krüpteerimise võime poolest. See on üks mobiilside digitaalsele ülemineku põhjusi.

Analoog- ja digitaalsignaal ning digitaal-analoogmuundus

Peame veidi rohkem rääkima sellest, kuidas analooginformatsiooni digitaalsete sidekanalite kaudu edastatakse. Kasutame taas näiteid. Nagu juba mainitud, on heli analoogsignaal.

Mis juhtub mobiiltelefonides, mis edastavad teavet digitaalsete kanalite kaudu

Mikrofoni sisenev heli läbib analoog-digitaalmuunduse (ADC). See protsess koosneb 3 etapist. Individuaalsed signaali väärtused võetakse võrdsete ajavahemike järel, seda protsessi nimetatakse diskreetimiseks. Kotelnikovi kanali läbilaskevõime teoreemi kohaselt peaks nende väärtuste võtmise sagedus olema kaks korda kõrgem kui signaali kõrgeim sagedus. See tähendab, et kui meie kanali sageduspiirang on 4 kHz, on diskreetimissagedus 8 kHz.

Järgmisena ümardatakse või teisisõnu kvantiseeritakse kõik valitud signaali väärtused. Mida rohkem tasemeid luuakse, seda suurem on taastatud signaali täpsus vastuvõtjas. Seejärel teisendatakse kõik väärtused kahendkoodiks, mis edastatakse tugijaama ja jõuab seejärel teise osapooleni, kelleks on vastuvõtja. Vastuvõtja telefonis toimub digitaal-analoogmuunduse (DAC) protseduur. See on pöördprotseduur, mille eesmärk on saada väljundis signaal, mis on võimalikult identne algse signaaliga. Järgmisena väljub analoogsignaal helina telefoni kõlarist.

Signaalide tüübid

Signaal

Signaal on füüsiline protsess, mille mõned omadused kannavad informatsioonilist tähendust.

Näiteks valgussignaali (valgusvoogu) iseloomustavad heledus, värvus, polarisatsiooniomadused, levimise suund jne.

Teavet võib kanda kas üks neist tunnustest või mitme tunnuse samaaegne kombinatsioon.

Signaal tekib looduses materiaalsete objektide koosmõjul ja kannab selle vastasmõju kohta teavet. Signaal on võimeline liikuma ja levima mingis materiaalses keskkonnas, andes seeläbi teabe ruumiline edastamine objektist (sündmuse allikast) subjektini (vaatleja). Materiaalset keskkonda, milles signaal levib, nimetatakse signaalikandja.

Signaalid erinevad eelkõige nende poolest füüsiline olemus. Näited: valgussignaal, helisignaal, elektrisignaal, raadiosignaal...

Sõltuvalt neid genereerivast allikast võivad signaalid olla loomulik või kunstlik.

Looduslikud signaalid tekivad tänu sellele, et materiaalsed objektid interakteeruvad kusagil elavas või elutus looduses. See on loomulik protsess ja sellel pole inimtegevusega mingit pistmist. Näited: Päikese sära, lindude laul, lillelõhna levik...

Tehissignaalid on inimeste algatatud või tekivad inimeste loodud tehnilistes süsteemides. Näited: telefoniliini elektrisignaalid; raadiosignaalid; leek või tulekahju; valgusfoori signaal; tuletõrjeauto sireen...

Signaalide kuju on analoog, diskreetne Ja digitaalne.

Analoog (või pidev) signaal on füüsiline protsess, mille infoomadused muutuvad sujuvalt. Näiteks sujuvalt muutuv elektrisignaal (joonis 1). Muud näited: helisignaal, loomuliku valguse signaal. Peaaegu kõik loomulikud signaalid on analoogsed.

Analoogsignaali eripäraks on kahe kõrvuti asetseva väärtuse vahelise piiri hägustumine. Analoogsignaali iseloomustavate väärtuste koguarv on lõpmatult suur.

Diskreetne signaal on füüsiline protsess, mille iseloomulik teave muutub järsult ja võib omandada ainult teatud piiratud väärtuste kogumi (joonis 2).

Diskreetse signaali eripära on kahe erineva signaali väärtuse selge eristamine. Diskreetse signaali võimalike väärtuste koguarv on alati piiratud.

Näiteks elektriahelaga ühendatud lamp. Lamp võib olla sisse või välja lülitatud. Kui lamp põleb, on see signaal, et vooluringis on vool. Kui see ei sütti, pole voolu. Siin ei võeta arvesse vahepealseid väärtusi (kui ere lamp põleb) - väärtusi on ainult kaks: kas see põleb või ei põle.

Teine näide: mõni teade edastatakse telegraafi teel.

Teade edastatakse morsekoodi abil, mis kasutab kolme erinevat väärtust: punkt, sidekriips ja tühik (paus). Signaalil, mida see sõnum kannab, on samuti ainult kolm erinevat tähendust: lühike signaal, pikk signaal ja signaali puudumine. Kuna võimalike signaaliväärtuste arv on piiratud, on see diskreetne signaal.

Diskreetsed signaalid on tavaliselt kunstlikud(isiku või tehnilise süsteemi poolt loodud).

Analoog-, diskreet- ja digitaalsignaalid

Üks kaasaegsete sidesüsteemide arendamise suundi on diskreet-analoog- ja digitaalse signaalitöötluse (DAO ja DSP) laialdane kasutamine.

Algselt raadiotehnikas kasutatud analoogsignaali Z’(t) saab esitada pideva graafikuna (joonis 2.10a). Analoogsignaalid hõlmavad AM-, FM-, FM-signaale, telemeetriaanduri signaale jne. Seadmeid, milles töödeldakse analoogsignaale, nimetatakse analoogtöötlusseadmeteks. Selliste seadmete hulka kuuluvad sagedusmuundurid, erinevad võimendid, LC-filtrid jne.

Analoogsignaalide optimaalne vastuvõtt hõlmab reeglina optimaalset lineaarset filtreerimisalgoritmi, mis on eriti oluline keerukate müralaadsete signaalide kasutamisel. Kuid just sel juhul on sobitatud filtri ehitamine keerulisem. Mitme puudutusega viivitusliinidel (magnetostriktiivne, kvarts jne) põhinevate sobitatud filtrite kasutamisel saadakse suur sumbumine, mõõtmed ja viivituse ebastabiilsus. Pinnaakustilistel lainetel (SAW) põhinevad filtrid on paljulubavad, kuid neis töödeldavate signaalide lühike kestus ja filtri parameetrite reguleerimise keerukus piirab nende rakendusala.

40ndatel asendati analoog RES seadmetega analoogsisendi protsesside diskreetseks töötlemiseks. Need seadmed pakuvad signaalide diskreetset analoogtöötlust (DAO) ja neil on suured võimalused. Siin kasutatakse signaali, mis on ajas diskreetne ja olekus pidev. Selline signaal Z’(kT) on impulsside jada, mille amplituudid on võrdsed analoogsignaali Z’(t) väärtustega diskreetsetel aegadel t=kT, kus k=0,1,2,… on täisarvud. Üleminekut pidevalt signaalilt Z'(t) impulsside jadale Z'(kT) nimetatakse ajasämplimiseks.

Joonis 2.10 Analoog-, diskreet- ja digitaalsignaalid

Joonis 2.11 Analoogsignaali diskreetimine

Analoogsignaali saab ajas diskreedida “AND” kokkulangevuskaskaadiga (joonis 2.11), mille sisendis töötab analoogsignaal Z’(t). Kokkusattumuskaskaadi juhitakse taktpingega UT(t) - lühikesed impulsid kestusega ti, järgnevad intervalliga T>>ti.

Diskreetimise intervall T valitakse vastavalt Kotelnikovi teoreemile T=1/2Fmax, kus Fmax on maksimaalne sagedus analoogsignaali spektris. Sagedust fd = 1/T nimetatakse diskreetimissageduseks ja signaali väärtuste komplekti 0, T, 2T,... nimetatakse impulsi amplituudmodulatsiooniga signaaliks (PAM).

Kuni 50. aastate lõpuni kasutati AIM-signaale ainult kõnesignaalide teisendamiseks. Raadiorelee sidekanali kaudu edastamiseks teisendatakse AIM-signaal impulssfaasimodulatsiooniga (PPM) signaaliks. Sel juhul on impulsside amplituud konstantne ja teave kõneteate kohta sisaldub impulsi kõrvalekaldes (faasis) Dt mõne keskmise asukoha suhtes. Kasutades ühe signaali lühikesi impulsse ja asetades nende vahele teiste signaalide impulsse, saadakse mitme kanaliga side (kuid mitte rohkem kui 60 kanalit).

Praegu arendatakse DAO-d intensiivselt „tuleahelate” (FC) ja laenguga ühendatud seadmete (CCD) kasutamisel.

70ndate alguses hakkasid erinevate riikide ja NSVL-i sidevõrkudesse ilmuma impulsskoodmodulatsiooniga (PCM) süsteemid, mis kasutasid signaale digitaalsel kujul.

PCM-protsess on analoogsignaali teisendamine numbriteks ja koosneb kolmest toimingust: ajaproovi võtmine intervallidega T (joonis 2.10, b), taseme kvantimine (joonis 2.10, c) ja kodeerimine (joonis 2.10, d). Ajaproovi võtmise toimingut käsitletakse eespool. Taseme kvantimise toiming seisneb selles, et impulsside jada, mille amplituudid vastavad analoog-3 signaali väärtustele diskreetsetel ajahetkedel, asendatakse impulsside jadaga, mille amplituudid võivad võtta vaid piiratud arvu. fikseeritud väärtustest. See toiming toob kaasa kvantimisvea (joonis 2.10d).

Signaal ZКВ’(kT) on diskreetne signaal nii ajas kui ka olekus. Signaali Z'(kT) võimalikud väärtused u0, u1,…,uN-1 vastuvõtupoolel on teada, seetõttu ei edasta need väärtusi uk, mida signaal intervallis T vastu võttis, vaid ainult selle taseme number k. Vastuvõtupoolel taastatakse saadud arvu k alusel väärtus uk. Sel juhul kuuluvad edastamisele kahendarvusüsteemi numbrijadad – koodsõnad.

Kodeerimisprotsess seisneb kvantiseeritud signaali Z’(kT) teisendamises koodsõnade jadaks (x(kT)). Joonisel fig. Joonisel 2.10d on kujutatud koodisõnu binaarsete koodikombinatsioonide jada kujul, kasutades kolme bitti.

Vaatlusaluseid PCM-operatsioone kasutatakse DSP-ga RPU-des, samas kui PCM on vajalik mitte ainult analoogsignaalide, vaid ka digitaalsete signaalide jaoks.

Näidakem PCM-i vajadust digitaalsete signaalide vastuvõtmisel raadiokanali kaudu. Seega võib n-ndat koodielementi peegeldava digitaalsignaali xi(kT) (i=0,1) elementixxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. olema esindatud kujul:

z / i (t) = µx(kT) + ξ(t), (2.2)

juures (0 ≤ t ≥ TE),

kus μ on kanali ülekandetegur, TE on signaalielemendi kestus. (2.2) põhjal on selge, et müra RPU sisendis moodustab signaalide komplekti, mis esindavad analoogvõnkumist.

Digitaallülituste näideteks on loogilised elemendid, registrid, klapid, loendurid, salvestusseadmed jne. IC-de ja LSI-de sõlmede arvu põhjal jagatakse DSP-dega RPU-d kahte rühma:

1. Analoog-digitaalraadio juhtplokid, millel on IC-le realiseeritud üksikud komponendid: sagedussüntesaator, filtrid, demodulaator, AGC jne.

2. Digitaalsed raadiovastuvõtjad (DRD), milles signaal töödeldakse pärast analoog-digitaalmuundurit (ADC).

Joonisel fig. Joonisel 2.12 on kujutatud dekameetri vahemiku digitaalse andmetöötlusseadme peamise (infokanali) elemendid: vastuvõtutee analoogosa (ADP), ADC (koosneb diskreetrist, kvantiseerijast ja kodeerijast), vastuvõtutee digitaalne osa ( DCPT), digitaal-analoogmuundur (DAC) ja madalate filtrite sagedused (madalpääsfilter). Topeltjooned tähistavad digitaalsete signaalide (koodide) edastamist ja üksikud jooned näitavad analoog- ja AIM-signaalide edastamist.

Joonis 2.12 Dekameetri vahemiku peamise (infokanali) CRPU elemendid

AFC tekitab Z'(T) signaali esialgse sageduse selektiivsuse, olulise võimenduse ja sageduse muundamise. ADC teisendab analoogsignaali Z’(T) digitaalsignaaliks x(kT) (joonis 2.10e).

CCPT-s teostatakse reeglina analoog- ja diskreetsete teadete (sageduse, suhtelise faasi ja amplituudi telegraafia) täiendavat sageduse teisendamist, selektiivsust (digitaalses filtris - põhiselektiivsus) ja digitaalset demoduleerimist. CCPT väljundis saame digitaalsignaali y(kT) (joon. 2.10, e). See etteantud algoritmi järgi töödeldud signaal tsentraalse sagedusmuunduri väljundist läheb DAC-i või arvuti salvestusseadmesse (andmete vastuvõtmisel).

Jadaühendatud DAC- ja madalpääsfiltris muundatakse digitaalsignaal y(kT) esmalt ajas pidevaks ja diskreetseks olekus signaaliks y(t) ning seejärel yФ(t), mis on pidev. aeg ja olek (joonis 2.10g , h).

Digitaalse signaalitöötluskeskuse paljudest digitaalse signaalitöötluse meetoditest on kõige olulisemad digitaalne filtreerimine ja demoduleerimine. Vaatleme digitaalfiltri (DF) ja digitaaldemodulaatori (CD) algoritme ja struktuuri.

Digifilter on diskreetne süsteem (füüsiline seade või arvutiprogramm). Selles teisendatakse sisendsignaali arvnäidiste jada (x(kT)) väljundsignaali jadaks (y(kT)).

Peamised DF-algoritmid on: lineaarne diferentsiaalvõrrand, diskreetse konvolutsiooni võrrand, operaatori ülekandefunktsioon z-tasandil ja sageduskarakteristik.

Võrrandeid, mis kirjeldavad numbrite (impulsside) jadasid digitaalfiltri sisendis ja väljundis (diskreetne süsteem viivitusega), nimetatakse lineaarseteks erinevusvõrranditeks.

Rekursiivse digitaalfunktsiooni lineaarse erinevuse võrrandil on järgmine kuju:

, (2.3)

kus x[(k-m)T] ja y[(k-n)T] on arvuliste valimite sisend- ja väljundjada väärtused vastavalt ajahetkedel (k-m)T ja (k-n)T; m ja n – vastavalt viivitusega summeeritud eelnevate sisendi ja väljundi numbrinäidiste arv;

a0, a1, …, am ja b1, b2, …, bn on tegelikud kaalukoefitsiendid.

Punktis (3) on esimene liige mitterekursiivse digitaalfunktsiooni lineaarne erinevusvõrrand. Digitaalfunktsiooni diskreetne konvolutsioonivõrrand saadakse lineaarse erinevuse mitterekursiivsest digitaalfunktsioonist, asendades selles oleva al väärtusega h(lT):

, (2.4)

kus h(lT) on digitaalfiltri impulssreaktsioon, mis on vastus ühele impulsile.

Operaatori ülekandefunktsioon on Laplace'i teisendatud funktsioonide suhe digitaalfiltri väljundis ja sisendis:

, (2.5)

See funktsioon saadakse otse diferentsiaalvõrranditest, kasutades diskreetset Laplace'i teisendust ja nihketeoreemi.

Diskreetse Laplace'i teisenduse all, näiteks jada (x(kT)), peame silmas vormi L-kujutise saamist

, (2.6)

kus p=s+jw on kompleksne Laplace'i operaator.

Diskreetsete funktsioonide nihke (nihke) teoreemi saab sõnastada: originaali sõltumatu muutuja nihe ajas ±mT võrra vastab L-kujutise korrutamisele . Näiteks,

Võttes arvesse diskreetse Laplace'i teisenduse ja nihketeoreemi lineaarsusomadusi, saab mitterekursiivse digitaalfunktsiooni väljundnumbrite jada kuju

, (2.8)

Seejärel mitterekursiivse digitaalfiltri operaatori ülekandefunktsioon:

, (2.9)

Joonis 2.13

Samamoodi, võttes arvesse valemit (2.3), saame rekursiivse digitaalfiltri operaatori ülekandefunktsiooni:

, (2.10)

Operaatori ülekandefunktsioonide valemid on keerulise kujuga. Seetõttu tekivad suured raskused väljade ja pooluste (lugejapolünoomi joon. 2.13 juured ja nimetajapolünoomi juured), mis p-tasandil on sageduselt perioodilise struktuuriga, uurimisel.

Digitaalfunktsioonide analüüsi ja sünteesi lihtsustab z - teisenduse rakendamine, liikudes uuele kompleksmuutujale z, mis on seotud p-ga seosega z=epT või z-1=e-рT. Siin kaardistatakse komplekstasand p=s+jw teisele komplekstasandile z=x+jy. Selleks on vaja, et es+jw=x+jy. Joonisel fig. Joonisel 2.13 on kujutatud komplekstasandid p ja z.

Asendades (2.9) ja (2.10) muutujad e-pT=z-1, saame ülekandefunktsioonid z-tasandil vastavalt mitterekursiivsete ja rekursiivsete digitaalfiltrite jaoks:

, (2.11)

, (2.12)

Mitterekursiivse digitaalfiltri ülekandefunktsioonil on ainult nullid, seega on see täiesti stabiilne. Rekursiivne digitaalfilter on stabiilne, kui selle poolused asuvad z-tasandi ühikringi sees.

Digitaalse filtri edastusfunktsioon muutuja z negatiivsete astmete polünoomi kujul võimaldab funktsiooni HC(z) kujul otseselt koostada digitaalfiltri plokkskeemi. Muutujat z-1 nimetatakse ühiku viivituse operaatoriks ja plokkskeemides on see viivituse element. Seetõttu määravad edastusfunktsiooni HC(z)rec lugeja ja nimetaja suurimad astmed viiteelementide arvu vastavalt digitaalfiltri mitterekursiivses ja rekursiivses osas.

Digitaalse filtri sageduskarakteristik saadakse otse selle ülekandefunktsioonist z-tasandil, asendades z ejl-ga (või z-1 e-jl-ga) ja tehes vajalikud teisendused. Seetõttu saab sageduskarakteristiku kirjutada järgmiselt:

, (2.13)

kus CC(l) on amplituud-sagedusvastus (AFC) ja φ(l) on digitaalfiltri faasisageduskarakteristikud; l=2 f’ - digitaalne sagedus; f ’=f/fД – suhteline sagedus; f – tsükliline sagedus.

Iseloomulik CF(jl) CF on digitaalse sageduse l perioodiline funktsioon perioodiga 2 (või suhteliste sageduste ühtsus). Tõepoolest, ejl±jn2 = ejl ±jn2 = ejl, sest vastavalt Euleri valemile ejn2 =cosn2 +jsinn2 = 1.

Joonis 2.14 Võnkuahela plokkskeem

Raadiotehnikas on analoogsignaali töötlemisel lihtsaim sagedusfilter LC-võnkeahel. Näitame, et digitaaltöötluses on lihtsaim sagedusfilter teist järku rekursiivne link, mille z-tasandi ülekandefunktsioon

, (2.14)

ja plokkskeem on joonisel fig. 2.14. Siin on operaator Z-1 diskreetne viiteelement digitaalfiltri ühe taktitsükli jaoks, nooltega jooned näitavad korrutamist a0, b2 ja b1-ga, plokk + tähistab liitjat.

Analüüsi lihtsustamiseks võtame avaldises (2.14) a0=1, esitades seda z positiivsetes astmetes, saame

, (2.15)

Digitaalse resonaatori, nagu võnkuva LC-ahela, ülekandefunktsioon sõltub ainult ahela parameetritest. L, C, R rolli täidavad koefitsiendid b1 ja b2.

(2.15) põhjal on selge, et teist järku rekursiivse lingi ülekandefunktsioonil on z-tasandil teise kordsuse null (punktides z=0) ja kaks poolust

Ja

Saame teist järku rekursiivse lingi sageduskarakteristiku võrrandi (2.14), asendades z-1 e-jl-ga (kus a0=1):

, (2.16)

Amplituud-sagedusreaktsioon on võrdne mooduliga (2.16):

Pärast põhiteisenduste läbiviimist. Teist järku rekursiivse lingi sagedusreaktsioon on järgmisel kujul:

Joonis 2.15 Teist järku rekursiivse lingi graafik

Joonisel fig. 2.15 näitab graafikuid vastavalt punktile (2.18), kui b1=0. Graafikutelt on selgelt näha, et teise järgu rekursiivne lüli on kitsaribaline valimissüsteem, s.o. digitaalne resonaator. Siin on näidatud ainult resonaatori f sagedusvahemiku tööosa<0,5. Далее характери-стики повторяются с интервалом fД

Uuringud näitavad, et resonantssagedus f0' on järgmised väärtused:

f0’=fD/4, kui b1=0;

f0' 0;

f0’>fД/4 juures b1<0.

Väärtused b1 ja b2 muudavad nii resonaatori resonantssagedust kui ka kvaliteeditegurit. Kui tingimusest on valitud b1

, kus , siis b1 ja b2 mõjutavad ainult kvaliteeditegurit (f0’=const). Resonaatori sagedust saab häälestada fD muutmisega.

Digitaalne demodulaator

Digitaalset demodulaatorit peetakse kommunikatsiooni üldteoorias arvutusseadmeks, mis töötleb signaali ja müra segu.

Määratleme CD-algoritmid kõrge signaali-müra suhtega analoog-AM- ja FM-signaalide töötlemiseks. Selleks esitame signaali ja müra kitsaribalise analoogsegu Z’(t) kompleksse mähisjoone Z / (t) AFC väljundis eksponentsiaalsel ja algebralisel kujul:

Ja

, (2.20)

on segu ümbris ja kogufaas ning ZC(t) ja ZS(t) on kvadratuurkomponendid.

(2.20) põhjal on selge, et signaali mähisjoon Z(t) sisaldab täielikku informatsiooni modulatsiooniseaduse kohta. Seetõttu on digitaalalgoritm analoog AM-signaali töötlemiseks CD-l, kasutades digitaalsignaali x(kT) kvadratuurkomponente XC(kT) ja XS(kT), järgmine:

Teatavasti on signaali sagedus selle faasi esimene tuletis, s.o.

, (2.22)

Seejärel (2.20) ja (2.22) järeldub:

, (2.23)

Joonis 2.16 CCPT plokkskeem

Kasutades (2.23)-s digitaalsignaali x(kT) kvadratuurkomponente XC(kT) b XS(kT) ja asendades tuletised esimeste erinevustega, saame digitaalalgoritmi FM analoogsignaali töötlemiseks digitaalsel digitaalkettal:

Joonisel fig. Joonisel 2.16 on kujutatud analoog-AM- ja FM-signaalide vastuvõtmisel CCPT plokkskeemi variant, mis koosneb kvadratuurmuundurist (QC) ja CD-st.

CP-s moodustatakse kompleksse digitaalsignaali kvadratuurkomponendid, korrutades signaali x(kT) kahe jadaga (cos(2πf 1 kT)) ja (sin(2πf 1 kT)), kus f1 on signaali kesksagedus. signaali spektri madalaima sageduse kuva z'(t ). Kordajate väljundis pakuvad digitaalsed madalpääsfiltrid (DLPF) harmooniliste summutamist sagedusega 2f1 ja tõstavad esile kvadratuurkomponentide digitaalsed näidised. Siin kasutatakse DFLP-sid peamise selektiivsusega digitaalfiltrina. CD plokkskeem vastab algoritmidele (2.21) ja (2.24).

Vaatlusaluseid digitaalseid signaalitöötlusalgoritme saab realiseerida riistvaras (kasutades spetsiaalseid arvuteid digitaalsetel IC-del, laadimisühendustega seadmeid või seadmeid pinnalakustilistel lainetel) ja arvutiprogrammide kujul.

Tarkvaras signaalitöötlusalgoritmi realiseerimisel teeb arvuti aritmeetilisi tehteid temasse salvestatud koefitsientidega al, bl ja muutujatega x(kT), y(kT).

Varem olid arvutusmeetodite puudused järgmised: piiratud kiirus, spetsiifiliste vigade esinemine, vajadus uuesti valida, suur keerukus ja maksumus. Praegu on neid piiranguid edukalt ületatud.

Digitaalsete signaalitöötlusseadmete eelised analoogseadmete ees on täiustatud algoritmid, mis on seotud signaalide treenimise ja kohandamisega, karakteristikute kontrollimise lihtsus, parameetrite kõrge aja- ja temperatuuristabiilsus, kõrge täpsus ning võimalus samaaegselt ja iseseisvalt töödelda mitut signaali.

Lihtsad ja keerulised signaalid. Signaalibaas

Sidesüsteemide omadused (parameetrid) paranesid, kui omandati signaalide tüübid ning nende vastuvõtu- ja töötlemise (eraldamise) meetodid. Iga kord tekkis vajadus piiratud sagedusressursside pädevaks jaotamiseks tegutsevate raadiojaamade vahel. Paralleelselt sellega käsitleti ka signaalide emissiooniribalaiuse vähendamise küsimust. Signaalide vastuvõtmisel tekkis aga probleeme, mida ei saanud lahendada lihtsalt sagedusressursi jagamisega. Ainult signaalitöötluse statistilise meetodi – korrelatsioonianalüüsi – kasutamine võimaldas neid probleeme lahendada.

Lihtsatel signaalidel on signaalibaas

BS=TS*∆FS≈1, (2,25)

kus TS on signaali kestus; ∆FS – lihtsa signaali spektri laius.

Sidesüsteeme, mis töötavad lihtsatel signaalidel, nimetatakse kitsaribaks. Komplekssete (komposiit-, müralaadsete) signaalide puhul toimub signaali TS kestuse ajal täiendav modulatsioon (manipulatsioon) sageduses või faasis. Seetõttu kehtib siin komplekssignaali aluse kohta järgmine seos:

BSS=TS*∆FSS>>1, (2,26)

kus ∆FSS on komplekssignaali spektri laius.

Mõnikord öeldakse, et lihtsate signaalide puhul on ∆FS = 1/ TS sõnumi spekter. Komplekssete signaalide korral laieneb signaali spekter ∆FSS / ∆FS korda. Selle tulemuseks on signaali spektri liiasus, mis määrab keeruliste signaalide kasulikud omadused. Kui keerukate signaalidega sidesüsteemis suurendatakse infoedastuskiirust, et saada komplekssignaali kestus TS = 1/ ∆FSS, siis moodustub taas lihtsignaal ja kitsaribaline sidesüsteem. Sidesüsteemi kasulikud omadused kaovad.

Signaali spektri laiendamise meetodid

Eespool käsitletud diskreetsed ja digitaalsed signaalid on ajajaotussignaalid.

Tutvume lairiba digitaalsete signaalide ja kanalite koodijaotusega (vormis) mitmikjuurdepääsu meetoditega.

Lairibasignaale kasutati nende kasulike omaduste tõttu algselt sõjaväes ja satelliitsides. Siin kasutati nende kõrget häirekindlust ja salastatust. Lairibasignaalidega sidesüsteem võib töötada siis, kui signaali energiline pealtkuulamine on võimatu ning pealtkuulamine ilma signaalinäidise ja eriseadmeteta on võimatu isegi siis, kui signaal on vastu võetud.

Shannon tegi ettepaneku kasutada teabe kandjana ja lairiba edastusmeetodina valge termilise müra segmente. Ta tutvustas sidekanali läbilaskevõime mõistet. Näitas seost etteantud suhtega teabe veavaba edastamise võimaluse ja signaali poolt hõivatud sagedusriba vahel.

Costas pakkus välja esimese sidesüsteemi, mis sisaldab keerulisi signaale valge termilise müra segmentidest. Nõukogude Liidus pakkus lairibasignaalide kasutamist koodijaotusega mitmikjuurdepääsu meetodi rakendamisel välja L. E. Varakin.

Komplekssignaali mis tahes variandi ajutiseks esitamiseks võite kirjutada järgmise seose:

kus UI (t) ja (t) on mähisjoon ja algfaasid, mis muutuvad aeglaselt

Funktsioonid võrreldes cosω 0 t; - kandesagedus.

Kui signaali esitatakse sagedusega, on selle üldistatud spektraalkujul kuju

, (2.28)

kus on koordinaatfunktsioonid; - laienduskoefitsiendid.

Koordinaatfunktsioonid peavad vastama ortogonaalsuse tingimusele

, (2.29)

ja laienduskoefitsiendid

(2.30)

Paralleelsete komplekssignaalide puhul kasutati koordinaatfunktsioonidena esmalt mitme sagedusega trigonomeetrilisi funktsioone

, (2.31)

kui komplekssignaali igal i-ndal variandil on vorm

Z i (t) = t . (2.32)

Siis, olles vastu võtnud

Aki = ja = - arktg(β ki / ki), (2,33)

Ki , βki – i-nda signaali trigonomeetrilisse Fourier' jada laienemise koefitsiendid;

i = 1,2,3,…,m; m on koodi alus, saame

Z i (t) = t . (2.34)

Siin hõivavad signaali komponendid sagedusi alates ki1 /2π = ki1 /TS kuni ki2 /2π = ki2 /TS; ki1 = min (ki1) ja ki2 = max (ki2); ki1 ja ki2 – väikseima ja suurima harmoonilise komponendi arvud, mis mõjutavad oluliselt i-nda signaalivariandi teket; Ni = ki2 - ki1 + 1 - kompleksse i-nda signaali harmooniliste komponentide arv.

Signaali poolt hõivatud sagedusriba

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

Sellesse on koondunud põhiosa signaali energiaspektrist.

Seosest (35) järeldub, et selle signaali alus

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

võrdne signaali Ni harmooniliste komponentide arvuga, mis moodustuvad i-nda signaalivariandiga

Joonis 2.17

b)

Joonis 2.18 Signaali hajaspektri diagramm perioodilise jadadiagrammiga

Alates 1996–1997 hakkas Qualcomm ärilistel eesmärkidel kasutama intervallile ortogonaliseeritud täielike Walshi funktsioonide alamhulka (φ k (t)), et genereerida paralleelseid komplekssignaale, mis põhinevad (28). Sel juhul rakendatakse koodijaotusega mitmikjuurdepääsu meetodit - CDMA standardit (Code Division Multiple Access)

Joonis 2.19 Korrelatsioonivastuvõtja ahel

Lairiba (komposiit) signaalide kasulikud omadused

Joonis 2.20

Mobiiljaamadega (MS) suhtlemisel levib signaal mitme teekonnaga (multipath). Seetõttu on võimalikud signaalihäired, mis põhjustavad elektromagnetvälja ruumilises jaotuses sügavaid langusi (signaali hääbumist). Seega võib linnatingimustes vastuvõtupunktis peegelduda ainult kõrghoonetelt, küngastelt jms signaale, kui otsene nähtavus puudub. Seetõttu lisatakse antifaasis kaks signaali sagedusega 937,5 MHz (l = 32 cm), mis saabuvad ajalise nihkega 0,5 ns ja teevahega 16 cm.

Signaali tase vastuvõtja sisendis muutub ka jaamast mööduvatest sõidukitest.

Kitsasribalised sidesüsteemid ei saa töötada mitme tee tingimustes. Seega, kui sellise süsteemi sisendis on kolm ühe maatüki Si(t) signaalikiirt – Si1(t), Si2(t), Si3(t), mis ajaliselt kattuvad, tulenevalt maatüki erinevusest. edastustee pikkust, siis eraldage need ribapääsfiltri väljundis (Yi1(t), Yi2(t), Yi3(t)) ei ole võimalik.

Keeruliste signaalidega sidesüsteemid tulevad toime raadiolainete levimise mitmeteelisusega. Seega, valides ∆FSS riba selliselt, et volditud impulsi kestus korrelatsioonidetektori või sobitatud filtri väljundis on lühem kui naaberkiirte viivitusaeg, saab vastu võtta ühe kiire või sobiva impulsi viivitusega (Gi( t)), lisage nende energia, mis suurendab sigal/müra suhet. Ameerika rake sidesüsteem kogus sarnaselt rehaga Kuult peegeldunud vastuvõetud kiired ja summeeris need.

Signaali kogunemise põhimõte võib oluliselt parandada mürakindlust ja muid signaali omadusi. Signaali kogunemise idee annab lihtsa signaali kordamine.

Esimene element selleks otstarbeks oli sageduse selektiivne süsteem (filter).

Korrelatsioonanalüüs võimaldab määrata statistilise seose (sõltuvuse) vastuvõetud signaali ja vastuvõtupoolel asuva võrdlussignaali vahel. Korrelatsioonifunktsiooni kontseptsiooni võttis Taylor kasutusele 1920. aastal. Korrelatsioonifunktsioon on teist järku statistiline keskmine ajas ehk spektraalkeskmine või tõenäosuslik keskmine.

Kui ajafunktsioonidel (pidevad jadad) x(t) ja y(t) on aritmeetilised keskmised

Kanalite ajajaotusega;

Kanalite koodijaotusega.

Perioodilise funktsiooni vorm on järgmine:

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

kus T-periood, k- suvaline täisarv (k= , 2, ...). Perioodilisus eksisteerib kogu ajateljel (-< t <+ ). При этом на любом отрезке времени равном T будет полное описа­ние сигнала.

Joonisel 2.10, a, b, c on kujutatud perioodilist harmoonilist signaali u1(t) ning selle amplituudide ja faaside spektrit.

Joonisel 2.11, a, b, c on kujutatud perioodilise signaali u2(t) graafikud - ristkülikukujuliste impulsside jada ning selle amplituudide ja faaside spekter.

Seega saab mis tahes signaale teatud aja jooksul esitada Fourier' jada kujul. Seejärel esitame signaali eraldamise signaali parameetrite kaudu, st amplituudide, sageduste ja faasinihete kaudu:

a) signaalid, mille suvaliste amplituudide, mittekattuvate sageduste ja suvaliste faasidega jada on sagedusega eraldatud;

b) signaalid, mille suvalise amplituudiga jada sageduselt kattub, kuid seeria vastavate komponentide vahel faasinihked on faasiliselt eraldatud (faasinihe on siin võrdeline sagedusega);

Allpool on illustreeritud komposiitsignaali sidesüsteemide suurt võimsust.

c) signaalid, mille suvalise amplituudiga jada, mille komponendid sageduselt kattuvad (sagedused võivad kokku langeda) ja suvalised faasid on eraldatud kuju järgi.

Kujueraldus on koodide eraldamine, kui saate- ja vastuvõtupoolel on spetsiaalselt lihtsatest signaalidest loodud keerulised signaalid (mustrid).

Kompleksse signaali vastuvõtmisel töödeldakse seda kõigepealt korrelatsiooniga ja seejärel

töödeldakse lihtsat signaali.

Sagedusressursside jagamine mitme juurdepääsuga

Praegu saab signaale edastada igas keskkonnas (keskkonnas, juhtmes, fiiberoptilises kaablis jne). Sagedusspektri efektiivsuse suurendamiseks ja samal ajal moodustavad ülekandeliinid grupikanalid signaalide edastamiseks ühe sideliini kaudu. Vastuvõtu poolel toimub vastupidine protsess - kanalite eraldamine. Vaatame kanalite eraldamiseks kasutatavaid meetodeid:

Joonis 2.21 Frequency Division Multiple Access FDMA

Joonis 2.22 Time Division Multiple Access TDMA.

Joonis 2.23 Code Division Multiple Access CDMA

Krüpteerimine Wi-Fi võrkudes

Andmete krüpteerimine traadita võrkudes pälvib selliste võrkude olemuse tõttu nii palju tähelepanu. Andmeid edastatakse juhtmevabalt raadiolainete abil, tavaliselt mitmesuunaliste antennide abil. Seega kuulevad andmeid kõik – mitte ainult see, kellele need mõeldud on, vaid ka seina taga elav naaber või “huviline”, kes viibib sülearvutiga akna all. Muidugi on traadita võrkude töötamise kaugused (ilma võimendite ja suundantennideta) väikesed - ideaaltingimustes umbes 100 meetrit. Seinad, puud ja muud takistused summutavad signaali tugevalt, kuid see siiski ei lahenda probleemi.

Algselt kasutati kaitseks ainult SSID-d (võrgu nimi). Kuid üldiselt võib seda meetodit nimetada suure venitusega kaitseks - SSID edastatakse selge tekstina ja keegi ei takista ründajal seda pealt kuulamast ja seejärel oma seadetes soovitud asendada. Rääkimata sellest, et (see kehtib pääsupunktide kohta) saab SSID jaoks lubada levirežiimi, st. see edastatakse jõuliselt kõigile kuulajatele.

Seetõttu tekkis vajadus andmete krüptimise järele. Esimene selline standard oli WEP – Wired Equivalent Privacy. Krüpteerimine toimub 40- või 104-bitise võtmega (voo krüptimine staatilise võtme RC4 algoritmi abil). Ja võti ise on ASCII-märkide komplekt, mille pikkus on 5 (40-bitise võtme puhul) või 13 (104-bitise võtme puhul). Nende märkide komplekt tõlgitakse kuueteistkümnendsüsteemi numbrite jadaks, mis on võtmeks. Paljude tootjate draiverid võimaldavad teil sisestada kuueteistkümnendsüsteemi väärtused (sama pikkusega) otse ASCII-märkide komplekti asemel. Pange tähele, et ASCII märgijadadest kuueteistkümnendsüsteemi võtmeväärtusteks teisendamise algoritmid võivad erinevatel tootjatel erineda. Seetõttu, kui teie võrk kasutab heterogeenseid traadita seadmeid ja te ei saa WEP-krüptimist ASCII-võtmefraasi kasutades konfigureerida, proovige selle asemel sisestada võti kuueteistkümnendvormingus.

Aga kuidas on lood tootjate avaldustega 64- ja 128-bitise krüptimise toetamise kohta, küsite? Täpselt nii, turundus mängib siin rolli - 64 on rohkem kui 40 ja 128 on 104. Tegelikkuses toimub andmete krüpteerimine kasutades võtme pikkust 40 või 104. Kuid lisaks ASCII fraasile (võtme staatiline komponent) , on olemas ka selline asi nagu Initialization Vector - IV – initsialiseerimisvektor. Seda kasutatakse ülejäänud võtme juhuslikuks muutmiseks. Vektor valitakse juhuslikult ja muutub töö ajal dünaamiliselt. Põhimõtteliselt on see mõistlik lahendus, kuna võimaldab sisestada võtmesse juhusliku komponendi. Vektori pikkus on 24 bitti, seega on võtme kogupikkuseks 64 (40+24) või 128 (104+24) bitti.

Kõik oleks hästi, kuid kasutatav krüpteerimisalgoritm (RC4) pole praegu eriti tugev – kui väga tahta, siis leiad võtme toore jõuga suhteliselt lühikese ajaga. Kuid ikkagi on WEP-i peamine haavatavus seotud just initsialiseerimisvektoriga. IV on ainult 24 bitti pikk. See annab meile ligikaudu 16 miljonit kombinatsiooni – 16 miljonit erinevat vektorit. Kuigi arv "16 miljonit" kõlab üsna muljetavaldavalt, on kõik maailmas suhteline. Reaalses töös kasutatakse kümne minuti kuni mitme tunni jooksul kõiki võimalikke võtmevalikuid (40-bitise võtme puhul). Pärast seda hakkavad vektorid korduma. Ründaja peab koguma piisava arvu pakette, lihtsalt kuulates traadita võrgu liiklust ja leidma need kordused. Pärast seda valitakse staatiline