Gotovo od samog trenutka svog nastanka, ljudska plemena bila su suočena s potrebom ne samo prikupljanja informacija, već i njihove međusobne razmjene. Međutim, ako to nije bilo tako teško učiniti s onima koji su vam blizu (jezik i pismo), onda je s onima koji su bili na velikim udaljenostima taj proces izazvao određene probleme.

S vremenom su to riješeni izumom signala. u početku su bili prilično primitivni (dim, zvuk itd.), ali postupno je čovječanstvo otkrilo nove zakone prirode, što je pridonijelo pronalasku novih načina prijenosa informacija. Otkrijmo koje vrste signala postoje, a također razmotrimo koji se od njih najčešće koriste u modernom društvu.

Što je signal?

Ova riječ se odnosi na informacije kodirane jednim sustavom, koje se prenose preko posebnog kanala i mogu se dekodirati drugim sustavom.

Mnogi znanstvenici vjeruju da je sposobnost bioloških organizama, ili čak pojedinačnih stanica, da međusobno komuniciraju (signalizirajući prisutnost hranjivih tvari ili opasnost) postala glavna pokretačka snaga evolucije.

Kao signal može djelovati svaki fizički proces čiji su parametri prilagođeni vrsti podataka koji se prenose. Na primjer, u telefonskom komunikacijskom sustavu, odašiljač pretvara riječi pretplatnika koji govori u signal električnog napona, koji se putem žica prenosi do prijemnog uređaja, u blizini kojeg se nalazi osoba koja sluša.

Signal i poruka

Ova su dva pojma vrlo bliska po značenju - sadrže određene podatke koji se prenose od pošiljatelja do primatelja. Međutim, među njima postoji primjetna razlika.

Da bi se postigao ovaj cilj, poruka mora biti prihvaćena od strane primatelja. Odnosno, njegov se životni ciklus sastoji od tri faze: kodiranje informacija - prijenos - dekodiranje poruke.

U slučaju signala, njegovo prihvaćanje nije nužan uvjet za njegovo postojanje. Odnosno, informacije šifrirane u njemu mogu se dekodirati, ali hoće li to netko učiniti nije poznato.

Klasifikacija signala prema različitim kriterijima: glavne vrste

U prirodi postoje mnoge vrste signala različitih karakteristika. S tim u vezi, za klasificiranje ovih pojava koriste se različiti kriteriji. Dakle, postoje tri kategorije:

• Po načinu dostave (redovna/neredovna).
• Po vrsti fizičke prirode.
• Prema vrsti funkcije koja opisuje parametre.

Signali prema vrsti fizičke prirode

Ovisno o načinu formiranja, vrste signala su sljedeće.

• Električni (nosač podataka - vremenski promjenjiva struja ili napon u električnom krugu).
• Magnetski.
• Elektromagnetski.
• Toplinski.
• Signali ionizirajućeg zračenja.
• Optički/svjetlo.
• Akustična (zvučna).

Posljednje dvije vrste signala ujedno su i najjednostavniji primjeri komunikacijskih tehničkih operacija, čija je svrha obavještavanje o osobitostima trenutne situacije.

Najčešće se koriste za upozorenje na opasnost ili kvarove u sustavu.

Često se zvučne i optičke varijante koriste kao koordinirajuće za nesmetan rad automatizirane opreme. Dakle, neke vrste upravljačkih signala (naredbi) stimuliraju sustav da počne djelovati.

Na primjer, kod protupožarnih alarma, kada senzori otkriju tragove dima, emitiraju visok zvuk. To pak sustav percipira kao kontrolni signal za gašenje požara.

Još jedan primjer kako signal (gore su navedene vrste signala prema vrsti fizičke prirode) aktivira sustav u slučaju opasnosti je termoregulacija ljudskog tijela. Dakle, ako zbog različitih čimbenika tjelesna temperatura poraste, stanice o tome "obavijeste" mozak, a on uključuje "sustav za hlađenje tijela", svima poznatiji kao znojenje.

Po vrsti funkcije

Za ovaj parametar postoje različite kategorije.

• Analogno (kontinuirano).
• Kvantni.
• Diskretni (pulsni).
• Digitalni signal.

Sve ove vrste signala su električni. To je zbog činjenice da ih je ne samo lakše obraditi, već se i lako prenose na velike udaljenosti.

Što je analogni signal i njegove vrste

Ovaj naziv se daje signalima prirodnog podrijetla koji se kontinuirano mijenjaju tijekom vremena (kontinuirani) i sposobni su poprimiti različite vrijednosti u određenom intervalu.

Zbog svojih svojstava idealni su za prijenos podataka u telefonskim komunikacijama, radiodifuziji i televiziji.

Zapravo, sve ostale vrste signala (digitalni, kvantni i diskretni) po svojoj su prirodi pretvorene u analogne.

Ovisno o kontinuiranim prostorima i odgovarajućim fizikalnim veličinama, razlikuju se različite vrste analognih signala.

• Ravno.
• Segment.
• Krug.
• Prostori koje karakterizira višedimenzionalnost.

Kvantizirani signal

Kao što je već spomenuto u prethodnom paragrafu, ovo je još uvijek isti analogni tip, ali je razlika u tome što je kvantiziran. U isto vrijeme, cijeli raspon vrijednosti mogao bi se podijeliti na razine. Njihov broj je predstavljen brojevima zadane bitne dubine.

Obično se ovaj postupak koristi u praksi pri komprimiranju audio ili optičkih signala. Što je više razina kvantizacije, točnija postaje transformacija iz analognog u kvantni.

Raznolikost u pitanju također se odnosi na one koje su nastale umjetno.

U mnogim klasifikacijama vrsta signala, ovaj signal se ne razlikuje. Međutim, postoji.

Diskretan pogled

Ovaj signal je također umjetan i ima konačan broj razina (vrijednosti). U pravilu ih je dvoje ili troje.

U praksi se razlika između diskretnog i analognog načina prijenosa signala može ilustrirati usporedbom zapisa zvuka na vinilnoj ploči i kompakt disku. Na prvom se informacije prikazuju u obliku kontinuiranog zvučnog zapisa. Ali na drugom - u obliku laserski spaljenih točaka različite refleksije.

Ova vrsta prijenosa podataka događa se pretvaranjem kontinuiranog analognog signala u skup diskretnih vrijednosti u obliku binarnih kodova.

Taj se proces naziva diskretizacija. Ovisno o broju znakova u kodnim kombinacijama (jednoliki/nejednaki), dijeli se na dvije vrste.

Digitalni signali

Danas ovaj način prijenosa informacija uporno zamjenjuje analogni. Kao i prethodna dva, također je umjetan. U praksi se predstavlja kao niz digitalnih vrijednosti.

Za razliku od analognog, ovaj prenosi podatke puno brže i kvalitetnije, a istovremeno ih čisti od šumnih smetnji. To je ujedno i slabost digitalnog signala (ostale vrste signala su u prethodna tri odlomka). Činjenica je da informacije filtrirane na ovaj način gube "bučne" čestice podataka.

U praksi to znači da cijeli dijelovi nestaju iz prenesene slike. A ako govorimo o zvuku - riječi ili čak cijele rečenice.

Zapravo, bilo koji analogni signal može se modulirati u digitalni. Da bi se to postiglo, prolazi kroz dva procesa istovremeno: uzorkovanje i kvantizaciju. Budući da je zasebna metoda prijenosa informacija, digitalni signal nije podijeljen na vrste.

Njegova popularnost pridonijela je činjenici da su posljednjih godina televizori nove generacije stvoreni posebno za digitalni, a ne za analogni prijenos slike i zvuka. Međutim, mogu se spojiti na obične TV kabele pomoću adaptera.

Modulacija signala

Sve gore navedene metode prijenosa podataka povezane su s pojavom koja se naziva modulacija (za digitalne signale - manipulacija). Zašto je to potrebno?

Kao što je poznato, elektromagnetski valovi (pomoću kojih se prenose različiti tipovi signala) skloni su slabljenju, što znatno smanjuje njihov domet prijenosa. Da se to ne bi dogodilo, niskofrekventne vibracije se prenose u područje dugih, visokofrekventnih valova. Taj se fenomen naziva modulacija (manipulacija).

Osim što povećava udaljenost prijenosa podataka, povećava otpornost signala na smetnje. Također postaje moguće istovremeno organizirati nekoliko neovisnih kanala za prijenos informacija.

Sam proces je sljedeći. Uređaj koji se naziva modulator prima dva signala istovremeno: niskofrekventni (nosi određene informacije) i visokofrekventni (bez informacija, ali se može prenijeti na velike udaljenosti). U ovom uređaju oni se pretvaraju u jedan, koji istovremeno kombinira prednosti oba.

Vrste izlaznih signala ovise o promijenjenom parametru ulaznog nositelja visokofrekventnog titranja.

Ako je harmoničan, ovaj se proces modulacije naziva analognim.

Ako je periodično - pulsirano.

Ako je nosivi signal jednostavno istosmjerna struja, ovaj tip se naziva šumom.

Prve dvije vrste modulacije signala, zauzvrat, podijeljene su u podvrste.

Analogna modulacija radi ovako.

• Amplituda (AM) - promjena amplitude nosivog signala.
• Faza (PM) - faza se mijenja.
• Frekvencija - utječe samo na frekvenciju.

Vrste modulacije impulsnih (diskretnih) signala.

• Amplituda-puls (AIM).
• Frekvencija pulsa (PFM).
• Širina impulsa (PWM).
• Fazni impuls (PPM).

Razmotrivši koje metode prijenosa podataka postoje, možemo zaključiti da, bez obzira na njihovu vrstu, svi igraju važnu ulogu u životu osobe, pomažu mu da se svestrano razvija i štite ga od mogućih opasnosti.

Što se tiče analognih i digitalnih signala (pomoću kojih se informacije prenose u suvremenom svijetu), najvjerojatnije će u sljedećih dvadeset godina u razvijenim zemljama prvi biti gotovo potpuno zamijenjen drugim.

Signali – nosioci informacije u alatima za automatizaciju mogu se razlikovati kako po fizičkoj prirodi i parametrima, tako i po obliku prezentacije informacija. U okviru Državnog instrumentacijskog sustava (GSP) u serijskoj proizvodnji opreme za automatizaciju koriste se sljedeće vrste signala:

Električni signal (napon, jakost ili frekvencija električne struje);

Pneumatski signal (tlak komprimiranog zraka);

Hidraulički signal (tlak ili diferencijalni tlak tekućine).

Sukladno tome, u okviru GSP-a formiraju se električne, pneumatske i hidrauličke grane opreme za automatizaciju.

Prema obliku prikaza informacija signal može biti analogni, impulsni ili kodni.

Analogni signal karakteriziraju promjene struje u bilo kojem parametru fizičkog nositelja (na primjer, trenutne vrijednosti električnog napona ili struje). Takav signal postoji u gotovo svakom trenutku u vremenu i može poprimiti bilo koju vrijednost unutar danog raspona promjena parametara.

Pulsni signal karakterizira prezentacija informacija samo u diskretnim trenucima vremena, tj. prisutnost kvantizacije vremena. U ovom slučaju informacija se prikazuje u obliku slijeda impulsa istog trajanja, ali različitih amplituda (pulsna amplitudna modulacija signala) ili iste amplitude, ali različitog trajanja (pulsna širinska modulacija signala).

Kodni signal je složeni niz impulsa koji se koristi za prijenos digitalnih informacija. Štoviše, svaka znamenka može se predstaviti kao složeni niz impulsa, tj. kod, a odaslani signal je diskretan (kvantiziran) i po vremenu i po razini.

Optički signal– svjetlosni val koji nosi određenu informaciju. Osobitost svjetlosnog vala u usporedbi s radio valom je u tome što zbog svoje kratke valne duljine praktički može obavljati prijenos, prijem i obradu signala moduliranih ne samo vremenski, već i prostorno koordinatno. To vam omogućuje značajno povećanje količine informacija unesenih u optički signal. Optički signal je funkcija četiri varijable (x,y,z,t) - 3 koordinate i vrijeme. Elektromagnetski val je promjena u vremenu i u svakoj točki prostora električnih i magnetskih polja, koja su međusobno povezana po zakonu indukcije. Elektromagnetski val karakteriziraju međusobno okomiti vektori električnog E i magnetskog H polja, koji se tijekom vremena mijenjaju prema istom harmonijskom zakonu.

Signali su informacijski kodovi koje ljudi koriste za prenošenje poruka u informacijskom sustavu. Signal se može dati, ali nije potrebno primiti ga. Dok se poruka može smatrati samo signalom (ili skupom signala) koji je primljen i dekodiran od strane primatelja (analogni i digitalni signal).

Jedna od prvih metoda prijenosa informacija bez sudjelovanja ljudi ili drugih živih bića bile su signalne vatre. Kad bi se pojavila opasnost, vatre su se palile redom od jednog do drugog mjesta. Zatim ćemo razmotriti način prijenosa informacija pomoću elektromagnetskih signala i detaljno ćemo se zadržati na temi analogni i digitalni signal.

Svaki signal se može prikazati kao funkcija koja opisuje promjene njegovih karakteristika. Ovaj prikaz je prikladan za proučavanje radiotehničkih uređaja i sustava. Osim signala u radiotehnici postoji i šum, koji je njegova alternativa. Šum ne nosi korisne informacije i iskrivljuje signal interakcijom s njim.

Sam koncept omogućuje apstrahiranje od specifičnih fizičkih veličina kada se razmatraju fenomeni povezani s kodiranjem i dekodiranjem informacija. Matematički model signala u istraživanju omogućuje oslanjanje na parametre vremenske funkcije.

Vrste signala

Signali prema fizičkom okruženju nositelja informacije dijele se na električne, optičke, akustičke i elektromagnetske.

Prema načinu postavljanja signal može biti redovit i nepravilan. Redoviti signal je predstavljen kao deterministička funkcija vremena. Nepravilan signal u radiotehnici predstavlja se kaotičnom funkcijom vremena i analizira se probabilističkim pristupom.

Signali, ovisno o funkciji koja opisuje njihove parametre, mogu biti analogni i diskretni. Diskretni signal koji je kvantiziran naziva se digitalni signal.

Obrada signala

Analogni i digitalni signali se obrađuju i usmjeravaju za prijenos i primanje informacija kodiranih u signalu. Jednom kada se informacija izdvoji, može se koristiti u razne svrhe. U posebnim slučajevima informacije se formatiraju.

Analogni signali se pojačavaju, filtriraju, moduliraju i demoduliraju. Digitalni podaci također mogu biti podložni kompresiji, otkrivanju itd.

Analogni signal

Naša osjetila sve informacije koje unose percipiraju u analognom obliku. Na primjer, ako vidimo auto kako prolazi, vidimo njegovo neprekidno kretanje. Kada bi naš mozak mogao primiti informaciju o svom položaju svakih 10 sekundi, ljudi bi stalno bili pregaženi. Ali udaljenost možemo procijeniti puno brže i ta je udaljenost jasno definirana u svakom trenutku.

Apsolutno isto se događa i s ostalim informacijama, u svakom trenutku možemo procijeniti glasnoću, osjetiti pritisak prstiju na predmete itd. Drugim riječima, gotovo sve informacije koje se mogu pojaviti u prirodi su analogne. Takve informacije najlakše je prenijeti analognim signalima koji su kontinuirani i definirani u svakom trenutku.

Da biste razumjeli kako izgleda analogni električni signal, možete zamisliti grafikon koji prikazuje amplitudu na okomitoj osi i vrijeme na vodoravnoj osi. Ako, na primjer, mjerimo promjenu temperature, tada će se na grafikonu pojaviti neprekinuta linija koja prikazuje njezinu vrijednost u svakom trenutku vremena. Za prijenos takvog signala pomoću električne struje potrebno je usporediti vrijednost temperature s vrijednošću napona. Tako se, na primjer, 35,342 stupnja Celzijusa može kodirati kao napon od 3,5342 V.

Analogni signali su se nekada koristili u svim vrstama komunikacija. Da bi se izbjegle smetnje, takav signal mora biti pojačan. Što je veća razina šuma, odnosno smetnji, signal se mora više pojačati kako bi se mogao primiti bez izobličenja. Ova metoda obrade signala troši puno energije na stvaranje topline. U tom slučaju, pojačani signal može sam uzrokovati smetnje za druge komunikacijske kanale.

Danas se analogni signali još uvijek koriste na televiziji i radiju za pretvaranje ulaznog signala u mikrofone. Ali općenito, ova vrsta signala se posvuda zamjenjuje ili zamjenjuje digitalnim signalima.

Digitalni signal

Digitalni signal je predstavljen nizom digitalnih vrijednosti. Najčešće korišteni signali danas su binarni digitalni signali, jer se koriste u binarnoj elektronici i lakše ih je kodirati.

Za razliku od prethodne vrste signala, digitalni signal ima dvije vrijednosti "1" i "0". Ako se sjetimo našeg primjera s mjerenjem temperature, signal će se generirati drugačije. Ako napon dobiven analognim signalom odgovara vrijednosti izmjerene temperature, tada će određeni broj impulsa napona biti isporučen u digitalnom signalu za svaku vrijednost temperature. Sam impuls napona bit će jednak "1", a odsutnost napona bit će "0". Prijemna oprema će dekodirati impulse i vratiti izvorne podatke.

Zamislivši kako će digitalni signal izgledati na grafu, vidjet ćemo da je prijelaz od nule do maksimuma nagao. Upravo ova značajka omogućuje prijemnoj opremi da jasnije "vidi" signal. Ako se pojave bilo kakve smetnje, prijamniku je lakše dekodirati signal nego kod analognog prijenosa.

Međutim, nemoguće je vratiti digitalni signal s vrlo visokom razinom šuma, dok je još uvijek moguće "izvući" informacije iz analognog tipa s velikim izobličenjem. To je zbog efekta litice. Suština efekta je da se digitalni signali mogu prenositi na određene udaljenosti, a zatim jednostavno prestati. Taj se učinak pojavljuje posvuda i rješava se jednostavnom regeneracijom signala. Tamo gdje se signal prekida potrebno je umetnuti repetitor ili smanjiti duljinu komunikacijske linije. Repetitor ne pojačava signal, već prepoznaje njegov izvorni oblik i proizvodi njegovu točnu kopiju te se može koristiti na bilo koji način u krugu. Takve metode ponavljanja signala aktivno se koriste u mrežnim tehnologijama.

Između ostalog, analogni i digitalni signali razlikuju se i po mogućnosti kodiranja i šifriranja informacija. To je jedan od razloga prelaska mobilnih komunikacija na digitalne.

Analogni i digitalni signal i digitalno-analogna pretvorba

Moramo razgovarati malo više o tome kako se analogne informacije prenose preko digitalnih komunikacijskih kanala. Poslužimo se opet primjerima. Kao što je već spomenuto, zvuk je analogni signal.

Što se događa u mobitelima koji prenose informacije putem digitalnih kanala

Zvuk koji ulazi u mikrofon prolazi analogno-digitalnu pretvorbu (ADC). Ovaj proces se sastoji od 3 koraka. Pojedinačne vrijednosti signala uzimaju se u jednakim vremenskim intervalima, proces koji se naziva uzorkovanje. Prema Kotelnikovljevom teoremu o kapacitetu kanala, frekvencija uzimanja ovih vrijednosti trebala bi biti dvostruko veća od najviše frekvencije signala. To jest, ako naš kanal ima ograničenje frekvencije od 4 kHz, tada će frekvencija uzorkovanja biti 8 kHz.

Zatim se sve odabrane vrijednosti signala zaokružuju ili, drugim riječima, kvantiziraju. Što je više razina stvoreno, veća je točnost rekonstruiranog signala na prijemniku. Sve vrijednosti se zatim pretvaraju u binarni kod, koji se prenosi do bazne stanice i zatim dolazi do druge strane, a to je primatelj. Postupak digitalno-analogne pretvorbe (DAC) odvija se u telefonu primatelja. Riječ je o obrnutom postupku čija je svrha na izlazu dobiti signal koji je što identičniji izvornom. Tada analogni signal izlazi u obliku zvuka iz zvučnika telefona.

Vrste signala

Signal

Signal je fizički proces čija neka karakteristika nosi informacijsko značenje.

Na primjer, svjetlosni signal (svjetlosni tok) karakteriziraju svjetlina, boja, svojstva polarizacije, smjer širenja itd.

Informaciju može nositi jedna od ovih karakteristika ili istodobna kombinacija nekoliko karakteristika.

Signal nastaje u prirodi tijekom interakcije materijalnih objekata i nosi informaciju o toj interakciji. Signal se može kretati i širiti u nekom materijalnom okruženju, čime se osigurava prostorni prijenos informacija od objekta (izvora događaja) do subjekta (promatrača). Materijalni medij u kojem se širi signal naziva se nosač signala.

Signali se prvenstveno razlikuju po svojim fizička priroda. Primjeri: svjetlosni signal, zvučni signal, električni signal, radio signal...

Ovisno o izvoru koji ih generira, signali mogu biti prirodni ili umjetna.

Prirodni signali nastaju zbog činjenice da materijalni objekti međusobno djeluju negdje u živoj ili neživoj prirodi. To je prirodan proces i nema nikakve veze s ljudskim djelovanjem. Primjeri: sjaj Sunca, pjev ptica, širenje mirisa cvijeća...

Umjetne signale pokreću ljudi ili nastaju u tehničkim sustavima koje su stvorili ljudi. Primjeri: električni signali telefonske linije; radio signali; baklja ili vatra; signal semafora; vatrogasna sirena...

Oblik signala je analog, diskretan I digitalni.

Analogni (ili kontinuirani) signal je fizički proces čije se informacijske karakteristike glatko mijenjaju. Na primjer, glatko promjenjiv električni signal (Sl. 1). Ostali primjeri: zvučni signal, prirodni svjetlosni signal. Gotovo svi prirodni signali su analogni.

Značajka analognog signala je zamagljivanje granice između njegove dvije susjedne vrijednosti. Ukupan broj vrijednosti koje mogu karakterizirati analogni signal je beskonačno velik.

Diskretni signal je fizički proces čija se informacijska karakteristika naglo mijenja i može poprimiti samo određeni ograničeni skup vrijednosti (slika 2).

Osobitost diskretnog signala je jasna razlika između dvije različite vrijednosti signala. Ukupan broj mogućih vrijednosti koje diskretni signal može uzeti uvijek je ograničen.

Na primjer, svjetiljka spojena na električni krug. Lampa može biti uključena ili isključena. Ako lampica svijetli, to služi kao signal da postoji struja u krugu. Ako ne svijetli, nema struje. Međuvrijednosti (koliko svijetli svjetiljka) ovdje se ne uzimaju u obzir - postoje samo dvije vrijednosti: ili je uključeno ili nije uključeno.

Drugi primjer: neka se poruka prenosi telegrafom.

Poruka se prenosi pomoću Morseove abecede koja koristi tri različite vrijednosti: točku, crticu i razmak (pauza). Signal koji ova poruka nosi također će imati samo tri različita značenja: kratak signal, dugi signal i bez signala. Budući da je broj mogućih vrijednosti signala ograničen, radi se o diskretnom signalu.

Diskretni signali obično su umjetni(koje je stvorila osoba ili tehnički sustav).

Analogni, diskretni i digitalni signali

Jedan od trendova u razvoju suvremenih komunikacijskih sustava je raširena uporaba diskretno-analogne i digitalne obrade signala (DAO i DSP).

Analogni signal Z’(t), izvorno korišten u radiotehnici, može se prikazati kao kontinuirani graf (slika 2.10a). Analogni signali uključuju AM, FM, FM signale, signale telemetrijskih senzora itd. Uređaji u kojima se obrađuju analogni signali nazivaju se analogni procesni uređaji. Takvi uređaji uključuju pretvarače frekvencije, razna pojačala, LC filtere itd.

Optimalan prijem analognih signala, u pravilu, uključuje optimalni algoritam linearnog filtriranja, što je posebno važno kada se koriste složeni signali nalik šumu. Međutim, u ovom slučaju konstrukcija usklađenog filtra je teža. Pri korištenju usklađenih filtara temeljenih na linijama kašnjenja s više odvojaka (magnetostrikcijski, kvarcni, itd.) dobivaju se velika atenuacija, nestabilnost dimenzija i kašnjenja. Filtri temeljeni na površinskim akustičnim valovima (SAW) su obećavajući, ali kratkotrajnost signala koji se u njima obrađuju i složenost podešavanja parametara filtera ograničavaju njihovu primjenu.

U 40-im godinama analogni RES su zamijenjeni uređajima za diskretnu obradu analognih ulaznih procesa. Ovi uređaji omogućuju diskretnu analognu obradu (DAO) signala i imaju velike mogućnosti. Ovdje se koristi signal koji je diskretan u vremenu i kontinuiran u stanju. Takav signal Z’(kT) je niz impulsa s amplitudama jednakim vrijednostima analognog signala Z’(t) u diskretnim vremenima t=kT, gdje su k=0,1,2,… cijeli brojevi. Prijelaz s kontinuiranog signala Z'(t) na niz impulsa Z'(kT) naziva se vremenskim uzorkovanjem.

Slika 2.10 Analogni, diskretni i digitalni signali

Slika 2.11 Uzorkovanje analognog signala

Analogni signal može se vremenski uzorkovati koincidencijskom kaskadom "I" (slika 2.11), na čijem ulazu djeluje analogni signal Z'(t). Koincidencijskom kaskadom upravlja napon takta UT(t) - kratki impulsi trajanja ti koji slijede u intervalima T>>ti.

Interval uzorkovanja T odabire se u skladu s Kotelnikovljevom teoremom T=1/2Fmax, gdje je Fmax maksimalna frekvencija u spektru analognog signala. Frekvencija fd = 1/T naziva se frekvencija uzorkovanja, a skup vrijednosti signala na 0, T, 2T,... naziva se signal s modulacijom amplitude impulsa (PAM).

Sve do kraja 50-ih AIM signali su se koristili samo za pretvaranje govornih signala. Za prijenos putem radiorelejnog komunikacijskog kanala AIM signal se pretvara u signal s pulsnom faznom modulacijom (PPM). U tom je slučaju amplituda impulsa konstantna, a informacija o govornoj poruci sadržana je u otklonu (fazi) Dt impulsa u odnosu na neku prosječnu poziciju. Korištenjem kratkih impulsa jednog signala i postavljanjem impulsa drugih signala između njih, dobiva se višekanalna komunikacija (ali ne više od 60 kanala).

Trenutno se DAO intenzivno razvija na temelju upotrebe "vatrenih lanaca" (FC) i uređaja sa spregnutim nabojima (CCD).

Početkom 70-ih, sustavi s modulacijom impulsnog koda (PCM), koji su koristili signale u digitalnom obliku, počeli su se pojavljivati ​​na komunikacijskim mrežama u raznim zemljama i SSSR-u.

PCM proces je pretvorba analognog signala u brojeve i sastoji se od tri operacije: vremenskog uzorkovanja u intervalima T (Sl. 2.10, b), kvantizacije razine (Sl. 2.10, c) i kodiranja (Sl. 2.10, d). O operaciji vremenskog uzorkovanja raspravlja se gore. Operacija kvantizacije razine sastoji se u činjenici da se niz impulsa, čije amplitude odgovaraju vrijednostima analognog 3 signala u diskretnim trenucima vremena, zamjenjuje nizom impulsa čije amplitude mogu uzeti samo ograničeni broj fiksnih vrijednosti. Ova operacija dovodi do pogreške kvantizacije (slika 2.10d).

Signal ZKV’(kT) je diskretan signal i po vremenu i po stanjima. Moguće vrijednosti u0, u1,…,uN-1 signala Z'(kT) na prijemnoj strani su poznate, stoga ne prenose vrijednosti uk koje je signal primio u intervalu T, već samo njegov broj razine k. Na prijemnoj strani, na temelju primljenog broja k, vraća se vrijednost uk. U tom slučaju prijenosu podliježu nizovi brojeva u binarnom brojevnom sustavu - kodne riječi.

Proces kodiranja sastoji se od pretvaranja kvantiziranog signala Z’(kT) u niz kodnih riječi (x(kT)). Na sl. Slika 2.10d prikazuje kodne riječi u obliku niza kombinacija binarnih kodova koji koriste tri bita.

Razmatrane PCM operacije koriste se u RPU s DSP-om, dok je PCM neophodan ne samo za analogne signale, već i za digitalne.

Pokažimo potrebu za PCM-om pri primanju digitalnih signala preko radijskog kanala. Dakle, pri odašiljanju u dekametarskom rasponu elementa xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxa digitalnog signala xi(kT) (i=0,1), koji odražava n-ti element koda, očekivani signal na ulazu RPU zajedno s aditivnim šumom ξ(t) može predstaviti u obliku:

z / i (t)= µx(kT) + ξ(t) , (2.2)

pri (0 ≤ t ≥ TE),

gdje je μ koeficijent prijenosa kanala, TE je vrijeme trajanja elementa signala. Iz (2.2) je jasno da šum na ulazu RPU tvori skup signala koji predstavljaju analognu oscilaciju.

Primjeri digitalnih sklopova su logički elementi, registri, flip-flopovi, brojači, uređaji za pohranu itd. Na temelju broja čvorova na IC i LSI, RPU s DSP-om podijeljeni su u dvije skupine:

1. Analogno-digitalne radio upravljačke jedinice, koje imaju pojedinačne komponente implementirane na IC: frekvencijski sintetizator, filteri, demodulator, AGC, itd.

2. Digitalni radio prijamnici (DRD), kod kojih se signal obrađuje nakon analogno-digitalnog pretvarača (ADC).

Na sl. Na slici 2.12 prikazani su elementi glavnog (informacijskog kanala) jedinice za digitalnu obradu podataka dekametarskog raspona: analogni dio prijamnog puta (ADP), ADC (koji se sastoji od uzorkovatelja, kvantizatora i enkodera), digitalni dio prijamnog puta ( DCPT), digitalno-analogni pretvarač (DAC) i niskopropusni filter frekvencija (niskopropusni filter). Dvostruke linije označavaju prijenos digitalnih signala (kodova), a jednostruke linije označavaju prijenos analognih i AIM signala.

Slika 2.12 Elementi glavnog (informacijskog kanala) CRPU dekametarskog raspona

AFC proizvodi preliminarnu selektivnost frekvencije, značajno pojačanje i konverziju frekvencije Z’(T) signala. ADC pretvara analogni signal Z’(T) u digitalni signal x(kT) (slika 2.10e).

U CCPT-u se u pravilu provodi dodatna pretvorba frekvencije, selektivnost (u digitalnom filtru - osnovna selektivnost) i digitalna demodulacija analognih i diskretnih poruka (frekvencijska, relativna fazna i amplitudna telegrafija). Na izlazu CCPT-a dobivamo digitalni signal y (kT) (Sl. 2.10, e). Ovaj signal, obrađen prema zadanom algoritmu, s izlaza središnjeg pretvarača frekvencije odlazi u DAC ili u uređaj za pohranu računala (prilikom primanja podataka).

U DAC i niskopropusnom filtru spojenom u seriju, digitalni signal y(kT) se prvo pretvara u signal y(t), kontinuiran u vremenu i diskretan u stanju, a zatim u yF(t), koji je kontinuiran u vrijeme i stanje (sl. 2.10g , h).

Od brojnih metoda digitalne obrade signala u centru za digitalnu obradu signala najvažnije su digitalno filtriranje i demodulacija. Razmotrimo algoritme i strukturu digitalnog filtra (DF) i digitalnog demodulatora (CD).

Digitalni filtar je diskretni sustav (fizički uređaj ili računalni program). U njemu se niz numeričkih uzoraka (x(kT)) ulaznog signala pretvara u niz (y(kT)) izlaznog signala.

Glavni DF algoritmi su: linearna diferencijska jednadžba, diskretna konvolucijska jednadžba, operatorska prijenosna funkcija u z-ravnini i frekvencijski odziv.

Jednadžbe koje opisuju nizove brojeva (impulsa) na ulazu i izlazu digitalnog filtra (diskretnog sustava s kašnjenjem) nazivamo linearnim diferencijskim jednadžbama.

Jednadžba linearne razlike rekurzivne digitalne funkcije ima oblik:

, (2.3)

gdje su x[(k-m)T] i y[(k-n)T] vrijednosti ulaznih i izlaznih nizova numeričkih uzoraka u trenucima (k-m)T odnosno (k-n)T; m i n – broj odgođenih zbrojenih prethodnih ulaznih odnosno izlaznih numeričkih uzoraka;

a0, a1, …, am i b1, b2, …, bn su stvarni težinski koeficijenti.

U (3), prvi član je linearna diferencijska jednadžba nerekurzivne digitalne funkcije. Jednadžba diskretne konvolucije digitalne funkcije dobiva se iz nerekurzivne digitalne funkcije linearne razlike zamjenom al u njoj s h(lT):

, (2.4)

gdje je h(lT) impulsni odziv digitalnog filtra, koji je odziv na jedan impuls.

Prijenosna funkcija operatora je omjer Laplaceovih transformiranih funkcija na izlazu i ulazu digitalnog filtra:

, (2.5)

Ova se funkcija dobiva izravno iz diferencijskih jednadžbi korištenjem diskretne Laplaceove transformacije i teorema o pomaku.

Pod diskretnom Laplaceovom transformacijom, na primjer, niza (x(kT)), podrazumijevamo dobivanje L-slike oblika

, (2.6)

gdje je p=s+jw složeni Laplaceov operator.

Teorem o pomaku (pomaku) u odnosu na diskretne funkcije može se formulirati: pomak nezavisne varijable originala u vremenu za ±mT odgovara množenju L-slike s . Na primjer,

Uzimajući u obzir svojstva linearnosti diskretne Laplaceove transformacije i teorem o pomaku, izlazni niz brojeva nerekurzivne digitalne funkcije imat će oblik

, (2.8)

Zatim funkcija prijenosa operatora nerekurzivnog digitalnog filtra:

, (2.9)

Slika 2.13

Slično, uzimajući u obzir formulu (2.3), dobivamo operatorsku prijenosnu funkciju rekurzivnog digitalnog filtra:

, (2.10)

Formule operatorskih prijenosnih funkcija imaju složen oblik. Stoga nastaju velike poteškoće u proučavanju polja i polova (korijeni slike 2.13 polinoma brojnika i korijeni polinoma nazivnika), koji u p-ravnini imaju strukturu periodičnu po frekvenciji.

Analiza i sinteza digitalnih funkcija pojednostavljena je primjenom z-transformacije, kada se prelazi na novu kompleksnu varijablu z pridruženu p relacijom z=epT ili z-1=e-rT. Ovdje se kompleksna ravnina p=s+jw preslikava u drugu kompleksnu ravninu z=x+jy. Za to je potrebno da je es+jw=x+jy. Na sl. Na slici 2.13 prikazane su kompleksne ravnine p i z.

Zamjenom varijabli e-pT=z-1 u (2.9) i (2.10) dobivamo prijenosne funkcije u z-ravnini za nerekurzivne i rekurzivne digitalne filtre:

, (2.11)

, (2.12)

Prijenosna funkcija nerekurzivnog digitalnog filtra ima samo nule, tako da je apsolutno stabilna. Rekurzivni digitalni filtar bit će stabilan ako se njegovi polovi nalaze unutar jedinične kružnice z-ravnine.

Prijenosna funkcija digitalnog filtra u obliku polinoma negativnih potencija varijable z omogućuje sastavljanje blok dijagrama digitalnog filtra izravno iz oblika funkcije HC(z). Varijabla z-1 naziva se jedinični operator kašnjenja, au blok dijagramima je element kašnjenja. Stoga najveće potencije brojnika i nazivnika prijenosne funkcije HC(z)rec određuju broj elemenata kašnjenja u nerekurzivnom i rekurzivnom dijelu digitalnog filtra.

Frekvencijski odziv digitalnog filtra dobiva se izravno iz njegove prijenosne funkcije u z-ravnini zamjenom z s ejl (ili z-1 s e-jl) i provođenjem potrebnih transformacija. Stoga se frekvencijski odziv može napisati kao:

, (2.13)

gdje je CC(l) amplitudno-frekvencijski odziv (AFC), a φ(l) fazno-frekvencijska karakteristika digitalnog filtra; l=2 f’ - digitalna frekvencija; f ’=f/fD – relativna frekvencija; f – ciklička frekvencija.

Karakteristika CF(jl) CF je periodička funkcija digitalne frekvencije l s periodom 2 (ili jedinicom u relativnim frekvencijama). Doista, ejl±jn2 = ejl ±jn2 = ejl, jer prema Eulerovoj formuli ejn2 =cosn2 +jsinn2 = 1.

Slika 2.14 Blok dijagram titrajnog kruga

U radiotehnici, tijekom analogne obrade signala, najjednostavniji frekvencijski filtar je LC oscilatorni krug. Pokažimo da je u digitalnoj obradi najjednostavniji frekvencijski filtar rekurzivna veza drugog reda, čija prijenosna funkcija u z-ravnini

, (2.14)

a blok dijagram ima oblik prikazan na sl. 2.14. Ovdje je operator Z-1 diskretni element kašnjenja za jedan ciklus takta digitalnog filtra, linije sa strelicama označavaju množenje s a0, b2 i b1, "blok +" označava zbrajalo.

Da bismo pojednostavili analizu, u izrazu (2.14) uzimamo a0=1, predstavljajući ga pozitivnim potencijama od z, dobivamo

, (2.15)

Prijenosna funkcija digitalnog rezonatora, kao i oscilatornog LC kruga, ovisi samo o parametrima kruga. Ulogu L, C, R imaju koeficijenti b1 i b2.

Iz (2.15) je jasno da prijenosna funkcija rekurzivne veze drugog reda ima nulu drugog višestrukosti u z ravnini (u točkama z=0) i dva pola

I

Dobivamo jednadžbu za frekvencijski odziv rekurzivne veze drugog reda iz (2.14), zamjenjujući z-1 s e-jl (s a0=1):

, (2.16)

Amplitudno-frekvencijski odziv jednak je modulu (2.16):

Nakon provedbe osnovnih transformacija. Frekvencijski odziv rekurzivne veze drugog reda imat će oblik:

Slika 2.15 Graf rekurzivne veze drugog reda

Na sl. 2.15 prikazuje grafove u skladu s (2.18) za b1=0. Iz grafova je vidljivo da je rekurzivna karika drugog reda uskopojasni izborni sustav, tj. digitalni rezonator. Ovdje je prikazan samo radni dio frekvencijskog područja rezonatora f ’<0,5. Далее характери-стики повторяются с интервалом fД

Istraživanja pokazuju da će rezonantna frekvencija f0’ poprimiti sljedeće vrijednosti:

f0’=fD/4 pri b1=0;

f0' 0;

f0’>fD/4 na b1<0.

Vrijednosti b1 i b2 mijenjaju i rezonantnu frekvenciju i faktor kvalitete rezonatora. Ako se b1 izabere iz uvjeta

, gdje , tada će b1 i b2 utjecati samo na faktor kvalitete (f0’=const). Ugađanje frekvencije rezonatora može se postići promjenom fD.

Digitalni demodulator

Digitalni demodulator u općoj teoriji komunikacija smatra se računalnim uređajem koji obrađuje mješavinu signala i šuma.

Definirajmo CD algoritme za obradu analognih AM i FM signala s visokim omjerom signala i šuma. Da bismo to učinili, predstavimo kompleksnu ovojnicu Z / (t) uskopojasne analogne mješavine signala i šuma Z’(t) na izlazu AFC-a u eksponencijalnom i algebarskom obliku:

I

, (2.20)

je ovojnica i ukupna faza smjese, a ZC(t) i ZS(t) su kvadraturne komponente.

Iz (2.20) jasno je da ovojnica signala Z(t) sadrži potpunu informaciju o zakonu modulacije. Stoga digitalni algoritam za obradu analognog AM signala u CD-u pomoću kvadraturnih komponenti XC(kT) i XS(kT) digitalnog signala x(kT) ima oblik:

Poznato je da je frekvencija signala prva derivacija njegove faze, tj.

, (2.22)

Tada iz (2.20) i (2.22) slijedi:

, (2.23)

Slika 2.16 Blok dijagram CCPT

Koristeći kvadraturne komponente XC(kT) b XS(kT) digitalnog signala x(kT) u (2.23) i zamjenjujući derivacije s prvim razlikama, dobivamo digitalni algoritam za obradu analognog FM signala u digitalnom digitalnom disku:

Na sl. Na slici 2.16 prikazana je varijanta blok dijagrama CCPT pri prijemu analognih AM i FM signala koji se sastoji od kvadraturnog pretvarača (QC) i CD-a.

U CP-u, kvadraturne komponente složenog digitalnog signala formiraju se množenjem signala x(kT) s dva niza (cos(2πf 1 kT)) i (sin(2πf 1 kT)), gdje je f1 središnja frekvencija prikaz najniže frekvencije spektra signala z'(t ). Na izlazu množitelja, digitalni niskopropusni filtri (DLPF) osiguravaju potiskivanje harmonika s frekvencijom 2f1 i izoliraju digitalne uzorke kvadraturnih komponenti. Ovdje se DFLP-ovi koriste kao primarni digitalni filter selektivnosti. Blok dijagram CD-a odgovara algoritmima (2.21) i (2.24).

Razmatrani algoritmi digitalne obrade signala mogu se implementirati pomoću hardvera (upotrebom specijaliziranih računala na digitalnim IC-ovima, uređaja s priključcima za punjenje ili uređaja koji koriste površinske akustične valove) i u obliku računalnih programa.

Prilikom programske implementacije algoritma za obradu signala, računalo izvodi aritmetičke operacije nad koeficijentima al, bl i varijablama x(kT), y(kT) koje su u njemu pohranjene.

Prethodno su nedostaci računalnih metoda bili: ograničena brzina, prisutnost specifičnih pogrešaka, potreba za ponovnim odabirom, visoka složenost i cijena. Trenutno se ta ograničenja uspješno prevladavaju.

Prednosti uređaja za digitalnu obradu signala u odnosu na analogne su napredni algoritmi povezani s treniranjem i prilagodbom signala, jednostavnost kontrole karakteristika, visoka vremenska i temperaturna stabilnost parametara, visoka točnost i mogućnost istodobne i neovisne obrade više signala.

Jednostavni i složeni signali. Baza signala

Osobine (parametri) komunikacijskih sustava poboljšavale su se kako su se svladavale vrste signala i načini njihovog prijema i obrade (razdvajanja). Svaki put je postojala potreba za kompetentnom raspodjelom ograničenog frekvencijskog resursa između operativnih radijskih postaja. Paralelno s tim, rješavalo se pitanje smanjenja propusnosti emisije signala. Međutim, bilo je problema prilikom primanja signala koji se nisu mogli riješiti jednostavnom raspodjelom frekvencijskog resursa. Tek je primjena statističke metode obrade signala - korelacijske analize - omogućila rješavanje ovih problema.

Jednostavni signali imaju signalnu bazu

BS=TS*∆FS≈1, (2.25)

gdje je TS trajanje signala; ∆FS – širina spektra jednostavnog signala.

Komunikacijski sustavi koji rade na jednostavnim signalima nazivaju se uskopojasni. Za složene (kompozitne, šumu slične) signale, dodatna modulacija (manipulacija) u frekvenciji ili fazi događa se tijekom trajanja signala TS. Stoga se ovdje primjenjuje sljedeći odnos za bazu složenog signala:

BSS=TS*∆FSS>>1, (2.26)

gdje je ∆FSS širina spektra složenog signala.

Ponekad se kaže da je za jednostavne signale ∆FS = 1/ TS spektar poruke. Za složene signale, spektar signala se proširuje za ∆FSS / ∆FS puta. To rezultira redundancijom u spektru signala, što određuje korisna svojstva složenih signala. Ako se u komunikacijskom sustavu sa složenim signalima poveća brzina prijenosa informacija kako bi se dobilo trajanje složenog signala TS = 1/ ∆FSS, tada ponovno nastaje jednostavan signal i uskopojasni komunikacijski sustav. Korisna svojstva komunikacijskog sustava nestaju.

Metode proširenja spektra signala

Diskretni i digitalni signali o kojima se gore raspravljalo su signali s vremenskim dijeljenjem.

Upoznajmo se sa širokopojasnim digitalnim signalima i metodama višestrukog pristupa s kodnom podjelom (u obliku) kanala.

Širokopojasni signali isprva su se koristili u vojnim i satelitskim komunikacijama zbog svojih korisnih svojstava. Ovdje je korištena njihova visoka otpornost na smetnje i tajnost. Komunikacijski sustav sa širokopojasnim signalima može funkcionirati kada je energetsko presretanje signala nemoguće, a prisluškivanje bez uzorka signala i posebne opreme nemoguće je čak i kada je signal primljen.

Shannon je predložio korištenje segmenata bijelog toplinskog šuma kao nositelja informacija i metode širokopojasnog prijenosa. Uveo je koncept kapaciteta komunikacijskog kanala. Pokazao je vezu između mogućnosti prijenosa informacija bez grešaka sa zadanim omjerom i frekvencijskog pojasa koji zauzima signal.

Costas je predložio prvi komunikacijski sustav sa složenim signalima iz segmenata bijelog toplinskog šuma. U Sovjetskom Savezu je L. E. Varakin predložio korištenje širokopojasnih signala kada se provodi metoda višestrukog pristupa s kodnom razmjenom.

Da biste privremeno predstavili bilo koju varijantu složenog signala, možete napisati sljedeću relaciju:

gdje su UI (t) i (t) omotnica i početne faze koje se sporo mijenjaju

Funkcije u usporedbi s cosω 0 t; - noseća frekvencija.

Kada je signal predstavljen u frekvenciji, njegov generalizirani spektralni oblik ima oblik

, (2.28)

gdje su koordinatne funkcije; - koeficijenti širenja.

Koordinatne funkcije moraju zadovoljiti uvjet ortogonalnosti

, (2.29)

i koeficijente ekspanzije

(2.30)

Za paralelne složene signale, trigonometrijske funkcije više frekvencija prvo su korištene kao koordinatne funkcije

, (2.31)

kada svaka i-ta varijanta kompleksnog signala ima oblik

Z i (t) = t . (2.32)

Zatim, prihvativši

Aki = i = - arktg(β ki / ki), (2.33)

Ki , βki – koeficijenti proširenja u trigonometrijski Fourierov red i-tog signala;

i = 1,2,3,…,m ; m je baza koda, dobivamo

Z i (t) = t . (2.34)

Ovdje komponente signala zauzimaju frekvencije od ki1 /2π = ki1 /TS do ki2 /2π = ki2 /TS; ki1 = min (ki1) i ki2 = max (ki2); ki1 i ki2 – brojevi najmanje i najveće harmonijske komponente, koje značajno utječu na formiranje i-te varijante signala; Ni = ki2 - ki1 + 1 - broj harmonijskih komponenti kompleksnog i-tog signala.

Frekvencijski pojas koji zauzima signal

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

U njemu je koncentriran glavni dio energetskog spektra signala.

Iz relacije (35) proizlazi da je baza ovog signala

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

jednak broju harmonijskih komponenti signala Ni, koje nastaju i-tom varijantom signala

Slika 2.17

b)

Slika 2.18 Dijagram raširenog spektra signala s grafikonom periodične sekvence

Od 1996-1997, u komercijalne svrhe, Qualcomm je počeo koristiti podskup (φ k (t)) kompletnih Walshovih funkcija ortogonaliziranih na intervalu za generiranje paralelnih složenih signala na temelju (28). U ovom slučaju implementirana je metoda višestrukog pristupa kodne podjele - standard CDMA (Code Division Multiple Access).

Slika 2.19 Krug korelacijskog prijemnika

Korisna svojstva širokopojasnih (kompozitnih) signala

Slika 2.20

Pri komunikaciji s mobilnim stanicama (MS) dolazi do višeputnog (multipath) širenja signala. Stoga je moguća interferencija signala koja dovodi do pojave dubokih padova (blijeđenja signala) u prostornoj raspodjeli elektromagnetskog polja. Dakle, u urbanim uvjetima na prijemnom mjestu mogu biti samo reflektirani signali od visokih zgrada, brda i sl., ako nema izravne vidljivosti. Stoga se u protufazi dodaju dva signala s frekvencijom od 937,5 MHz (l = 32 cm), koji dolaze s vremenskim pomakom od 0,5 ns s razlikom putanje od 16 cm.

Razina signala na ulazu prijemnika također se mijenja od vozila koja prolaze kraj postaje.

Uskopojasni komunikacijski sustavi ne mogu raditi u višestaznim uvjetima. Dakle, ako na ulazu takvog sustava postoje tri snopa signala jedne parcele Si(t) – Si1(t), Si2(t), Si3(t), koji se vremenski preklapaju zbog razlike u duljine prijenosnog puta, zatim ih odvojiti na izlazu pojasnog filtra (Yi1(t), Yi2(t), Yi3(t)) nije moguće.

Komunikacijski sustavi sa složenim signalima nose se s višestaznom prirodom širenja radiovalova. Stoga, odabirom ∆FSS pojasa tako da je trajanje presavijenog impulsa na izlazu korelacijskog detektora ili usklađenog filtra manje od vremena kašnjenja susjednih zraka, može se primiti jedna zraka ili, uz odgovarajuća kašnjenja impulsa (Gi( t)), dodaju svoju energiju, što će povećati omjer sigal/šum. Američki komunikacijski sustav Rake je poput grablji prikupljao primljene zrake odbijene od Mjeseca i zbrajao ih.

Načelo akumulacije signala može značajno poboljšati otpornost na šum i druga svojstva signala. Ideja akumulacije signala daje se jednostavnim ponavljanjem signala.

Prvi element za tu namjenu bio je frekvencijski selektivni sustav (filtar).

Korelacijska analiza omogućuje određivanje statističkog odnosa (ovisnosti) između primljenog signala i referentnog signala koji se nalazi na prijemnoj strani. Koncept korelacijske funkcije uveo je Taylor 1920. Korelacijska funkcija je statistička sredina drugog reda u vremenu, ili spektralna sredina, ili vjerojatnosna sredina.

Ako vremenske funkcije (kontinuirani nizovi) x(t) i y(t) imaju aritmetičke sredine

S vremenskom podjelom kanala;

S kodnom podjelom kanala.

Periodična funkcija ima oblik:

f(t) = f(t+kT), (2.40)

gdje je T-perioda, k-bilo koji cijeli broj (k= , 2, …). Periodičnost postoji duž cijele vremenske osi (-< t <+ ). При этом на любом отрезке времени равном T будет полное описа­ние сигнала.

Slika 2.10, a, b, c prikazuje periodički harmonijski signal u1(t) i njegov spektar amplituda i faza.

Slika 2.11, a, b, c prikazuje grafove periodičkog signala u2(t) - niz pravokutnih impulsa i njegov spektar amplituda i faza.

Dakle, bilo koji signal može se prikazati u obliku Fourierovog niza tijekom određenog vremenskog razdoblja. Tada ćemo razdvajanje signala prikazati kroz parametre signala, tj. kroz amplitude, frekvencije i fazne pomake:

a) signale čije su serije s proizvoljnim amplitudama, frekvencijama koje se ne preklapaju i proizvoljnim fazama odvojene frekvencijom;

b) signali čiji se nizovi s proizvoljnim amplitudama preklapaju u frekvenciji, ali su oni pomaknuti u fazi između odgovarajućih komponenti niza razdvojeni u fazi (fazni pomak je ovdje proporcionalan frekvenciji);

Veliki kapacitet kompozitnih signalnih komunikacijskih sustava bit će prikazan u nastavku.

c) signali čiji su nizovi s proizvoljnim amplitudama, s komponentama koje se frekvencijski preklapaju (frekvencije se mogu podudarati) i proizvoljnim fazama razdvojeni po obliku.

Razdvajanje oblika je odvajanje koda kada odašiljačka i prijamna strana imaju složene signale (uzorke) posebno kreirane od jednostavnih signala.

Prilikom primanja složenog signala, on se prvo podvrgava korelacijskoj obradi, a zatim

obrađuje se jednostavan signal.

Dijeljenje frekvencijskog resursa s višestrukim pristupom

Trenutno se signali mogu prenositi u bilo kojem okruženju (u okruženju, u žici, u optičkom kabelu itd.). Da bi se povećala učinkovitost frekvencijskog spektra, au isto vrijeme, prijenosne linije formiraju grupne kanale za prijenos signala preko jedne komunikacijske linije. Na prijemnoj strani događa se obrnuti proces - odvajanje kanala. Pogledajmo metode koje se koriste za odvajanje kanala:

Slika 2.21 FDMA s višestrukim pristupom s frekvencijskom podjelom

Slika 2.22 TDMA s višestrukim pristupom vremenskim dijeljenjem.

Slika 2.23 Kodni višestruki pristup CDMA

Enkripcija u wi-fi mrežama

Šifriranje podataka u bežičnim mrežama dobiva toliko pozornosti zbog same prirode takvih mreža. Podaci se bežično prenose pomoću radiovalova, općenito pomoću višesmjernih antena. Tako podatke čuju svi - ne samo osoba kojoj su namijenjeni, već i susjed koji živi iza zida ili "zainteresirana osoba" koja stoji s laptopom ispod prozora. Naravno, udaljenosti na kojima rade bežične mreže (bez pojačala ili usmjerenih antena) su male - oko 100 metara u idealnim uvjetima. Zidovi, drveće i druge prepreke uvelike prigušuju signal, ali to još uvijek ne rješava problem.

U početku se za zaštitu koristio samo SSID (naziv mreže). Ali, općenito govoreći, ova metoda se može nazvati zaštitom s velikim natezanjem - SSID se prenosi u čistom tekstu i nitko ne sprječava napadača da ga prisluškuje, a zatim zamijeni željeni u svojim postavkama. Da ne spominjemo da se (ovo se odnosi na pristupne točke) može omogućiti način emitiranja za SSID, tj. bit će nasilno emitiran svima koji slušaju.

Stoga je postojala potreba za šifriranjem podataka. Prvi takav standard bio je WEP – Wired Equivalent Privacy. Enkripcija se provodi pomoću 40 ili 104-bitnog ključa (stream enkripcija pomoću RC4 algoritma na statičkom ključu). A sam ključ je skup ASCII znakova duljine 5 (za 40-bitni ključ) ili 13 (za 104-bitni ključ) znakova. Skup ovih znakova prevodi se u niz heksadecimalnih znamenki, koje su ključ. Upravljački programi mnogih proizvođača omogućuju vam da izravno unesete heksadecimalne vrijednosti (iste duljine) umjesto skupa ASCII znakova. Imajte na umu da se algoritmi za pretvorbu iz nizova ASCII znakova u heksadecimalne vrijednosti ključa mogu razlikovati između različitih proizvođača. Stoga, ako vaša mreža koristi heterogenu bežičnu opremu i ne možete konfigurirati WEP enkripciju koristeći ASCII ključnu frazu, umjesto toga pokušajte unijeti ključ u heksadecimalnom formatu.

Ali što je s izjavama proizvođača o podršci za 64 i 128-bitnu enkripciju, pitate se? Tako je, marketing ovdje igra ulogu - 64 je više od 40, a 128 je 104. U stvarnosti se šifriranje podataka odvija pomoću ključa duljine 40 ili 104. Ali uz ASCII izraz (statička komponenta ključa) , postoji i nešto poput Initialization Vector - IV – inicijalizacijski vektor. Služi za randomiziranje ostatka ključa. Vektor se odabire slučajno i dinamički se mijenja tijekom rada. U principu, ovo je razumno rješenje, jer vam omogućuje uvođenje slučajne komponente u ključ. Duljina vektora je 24 bita, tako da ukupna duljina ključa na kraju iznosi 64 (40+24) ili 128 (104+24) bita.

Sve bi bilo u redu, ali korišteni algoritam šifriranja (RC4) trenutno nije osobito jak - ako baš želite, možete pronaći ključ grubom silom u relativno kratkom vremenu. Ipak, glavna ranjivost WEP-a povezana je upravo s vektorom inicijalizacije. IV je dugačak samo 24 bita. To nam daje približno 16 milijuna kombinacija - 16 milijuna različitih vektora. Iako brojka “16 milijuna” zvuči prilično impresivno, sve je na svijetu relativno. U stvarnom radu koristit će se sve moguće opcije ključa u razdoblju od deset minuta do nekoliko sati (za 40-bitni ključ). Nakon toga, vektori će se početi ponavljati. Napadač samo treba prikupiti dovoljan broj paketa jednostavnim slušanjem bežičnog mrežnog prometa i pronaći ta ponavljanja. Nakon toga slijedi izbor statičkih