Informatiesignaal - fysiek proces dat betrekking heeft op een persoon of technisch apparaat informatief betekenis. Het kan continu (analoog) of discreet zijn

De term ‘signaal’ wordt vaak geïdentificeerd met de begrippen ‘data’ en ‘informatie’. Deze concepten zijn inderdaad met elkaar verbonden en bestaan ​​niet zonder elkaar, maar behoren tot verschillende categorieën.

Signaal is een informatiefunctie die een boodschap overbrengt over de fysieke eigenschappen, toestand of gedrag van een fysiek systeem, object of omgeving, en het doel van signaalverwerking kan worden beschouwd als het extraheren van bepaalde informatie-informatie die in deze signalen wordt weergegeven (in korte - nuttige of doelgerichte informatie) en transformeer deze informatie in een vorm die geschikt is voor perceptie en verder gebruik.

Informatie wordt verzonden in de vorm van signalen. Een signaal is een fysiek proces dat informatie draagt. Het signaal kan geluid, licht, in de vorm van post, enz. zijn.

Een signaal is een materiële drager van informatie die van een bron naar een consument wordt verzonden. Het kan discreet en continu zijn (analoog)

Analoog signaal- een datasignaal waarin elk van de representatieve parameters wordt beschreven door een functie van de tijd en een continue reeks mogelijke waarden.

Analoge signalen worden beschreven door continue functies van de tijd. Daarom wordt een analoog signaal ook wel een continu signaal genoemd. Analoge signalen worden gecontrasteerd met discrete (gekwantiseerde, digitale).

Voorbeelden van doorlopende ruimtes en bijbehorende fysieke grootheden: (rechte lijn: elektrische spanning; cirkel: positie van een rotor, wiel, tandwiel, analoge wijzer of fase van een draaggolfsignaal; segment: positie van een zuiger, bedieningshendel, vloeistofthermometer , of een elektrisch signaal met een beperkte amplitude in verschillende multidimensionale ruimtes: kleur, kwadratuurgemoduleerd signaal.)

De eigenschappen van analoge signalen zijn grotendeels tegengestelde eigenschappen van gekwantiseerd of digitaal signalen.

De afwezigheid van duidelijk te onderscheiden discrete signaalniveaus maakt het onmogelijk om het concept van informatie toe te passen in de vorm zoals deze in digitale technologieën wordt begrepen om deze te beschrijven. De “hoeveelheid informatie” die in één meting zit, wordt alleen beperkt door het dynamische bereik van het meetinstrument.

Geen redundantie. Uit de continuïteit van de waarderuimte volgt dat eventuele ruis die in het signaal wordt geïntroduceerd niet te onderscheiden is van het signaal zelf en daarom kan de oorspronkelijke amplitude niet worden hersteld. In feite is filteren bijvoorbeeld mogelijk door middel van frequentiemethoden, als er aanvullende informatie over de eigenschappen van dit signaal (in het bijzonder de frequentieband) bekend is.

Sollicitatie:

Analoge signalen worden vaak gebruikt om voortdurend veranderende fysieke grootheden weer te geven. Een analoog elektrisch signaal afkomstig van een thermokoppel draagt ​​bijvoorbeeld informatie over temperatuurveranderingen, een signaal van een microfoon draagt ​​informatie over snelle veranderingen in druk in een geluidsgolf, enz.

Discreet signaal bestaat uit een telbare set (d.w.z. een set waarvan de elementen kunnen worden geteld) van elementen (ze zeggen - informatie-elementen). Het ‘steen’-signaal is bijvoorbeeld discreet. Het bestaat uit de volgende twee elementen (dit is het syntactische kenmerk van dit signaal): een rode cirkel en een witte rechthoek binnen de cirkel, horizontaal in het midden. Het is in de vorm van een discreet signaal dat de informatie die de lezer momenteel beheerst, wordt gepresenteerd. U kunt de volgende elementen onderscheiden: secties (bijvoorbeeld 'Informatie'), subsecties (bijvoorbeeld 'Eigenschappen'), alinea's, zinnen, afzonderlijke zinsdelen, woorden en afzonderlijke tekens (letters, cijfers, leestekens, enz.). Dit voorbeeld laat zien dat afhankelijk van de pragmatiek van het signaal verschillende informatie-elementen kunnen worden onderscheiden. Voor iemand die computerwetenschappen bestudeert vanuit een bepaalde tekst, zijn grotere informatie-elementen, zoals secties, subsecties en individuele alinea's, belangrijk. Ze stellen hem in staat gemakkelijker door de structuur van de stof te navigeren, deze beter te assimileren en zich voor te bereiden op het examen. Voor degene die dit methodologische materiaal heeft voorbereid, zijn naast de aangegeven informatie-elementen ook kleinere belangrijk, bijvoorbeeld individuele zinnen, met behulp waarvan dit of dat idee wordt gepresenteerd en die een of andere methode van toegankelijkheid van het materiaal. De verzameling van de kleinste elementen van een discreet signaal wordt een alfabet genoemd, en het discrete signaal zelf wordt ook wel genoemd bericht.

Sampling is de conversie van een continu signaal naar een discreet (digitaal) signaal.

Het verschil tussen discrete en continue weergave van informatie is duidelijk zichtbaar in het voorbeeld van een klok. In een elektronisch horloge met een digitale wijzerplaat wordt informatie discreet gepresenteerd - in cijfers, die allemaal duidelijk van elkaar verschillen. In een mechanisch horloge met een aanwijswijzerplaat wordt informatie continu weergegeven - de posities van twee wijzers en twee verschillende posities van de wijzer zijn niet altijd duidelijk te onderscheiden (vooral als er geen minutenmarkeringen op de wijzerplaat staan).

Continu signaal– weerspiegeld door een fysieke grootheid die binnen een bepaald tijdsinterval verandert, bijvoorbeeld de klankkleur of geluidsintensiteit. Deze informatie wordt gepresenteerd in de vorm van een continu signaal voor die studenten - consumenten die computerwetenschappelijke lezingen bijwonen en het materiaal waarnemen via geluidsgolven (met andere woorden, de stem van de docent), die continu van aard zijn.

Zoals we later zullen zien, is een discreet signaal vatbaarder voor transformatie en heeft het daarom voordelen boven een continu signaal. Tegelijkertijd overheerst in technische systemen en in echte processen een continu signaal. Dit dwingt ons manieren te ontwikkelen om een ​​continu signaal om te zetten in een discreet signaal.

Om een ​​continu signaal om te zetten in een discreet signaal, wordt een procedure genoemd kwantisering.

Een digitaal signaal is een datasignaal waarin elk van de representatieve parameters wordt beschreven door een discrete tijdfunctie en een eindige reeks mogelijke waarden.

Een discreet digitaal signaal is moeilijker over lange afstanden te verzenden dan een analoog signaal, dus wordt het voorgemoduleerd aan de zenderzijde en gedemoduleerd aan de informatieontvangerzijde. Het gebruik van algoritmen voor het controleren en herstellen van digitale informatie in digitale systemen kan de betrouwbaarheid van de informatieoverdracht aanzienlijk vergroten.

Opmerking. Houd er rekening mee dat een echt digitaal signaal analoog is in zijn fysieke aard. Als gevolg van ruis en veranderingen in de transmissielijnparameters zijn er fluctuaties in amplitude, fase/frequentie (jitter) en polarisatie. Maar dit analoge signaal (puls en discreet) is begiftigd met de eigenschappen van een getal. Als gevolg hiervan wordt het mogelijk om numerieke methoden (computerverwerking) te gebruiken om het te verwerken.

Elk digitaal signaalverwerkingssysteem, ongeacht de complexiteit ervan, bevat een digitaal computerapparaat: een universele digitale computer, een microprocessor of een computerapparaat dat speciaal is ontworpen om een ​​specifiek probleem op te lossen. Het signaal dat bij de ingang van een computerapparaat binnenkomt, moet worden omgezet in een vorm die geschikt is voor verwerking op een computer. Het moet de vorm hebben van een reeks cijfers die in de machinecode worden weergegeven.

In sommige gevallen is de taak om het ingangssignaal in digitale vorm weer te geven relatief eenvoudig op te lossen. Als u bijvoorbeeld verbale tekst moet verzenden, moet elk symbool (letter) van deze tekst worden geassocieerd met een bepaald nummer en dus het verzonden signaal vertegenwoordigen als een numerieke reeks. Het gemak waarmee het probleem in dit geval kan worden opgelost, wordt verklaard door het feit dat de verbale tekst discreet van aard is.

De meeste signalen die je tegenkomt in de radiotechniek zijn echter continu. Dit komt door het feit dat het signaal een weerspiegeling is van een fysiek proces, en bijna alle fysieke processen zijn continu van aard.

Laten we het proces van het bemonsteren van een continu signaal bekijken aan de hand van een specifiek voorbeeld. Laten we zeggen dat de luchttemperatuur wordt gemeten aan boord van een bepaald ruimtevaartuig; De meetresultaten moeten naar de aarde worden verzonden naar een gegevensverwerkingscentrum. Temperatuur

Rijst. 1.1. Soorten signalen: a - continu (continu) signaal; 6 - discreet signaal; c - AIM-oscillatie; g - digitaal signaal

lucht wordt continu gemeten; De metingen van de temperatuursensor zijn ook een continue functie van de tijd (Fig. 1.1, a). Maar de temperatuur verandert langzaam; het is voldoende om de waarden één keer per minuut door te geven. Bovendien is het niet nodig om het te meten met een nauwkeurigheid hoger dan 0,1 graden. Zo kan in plaats van een continue functie een reeks numerieke waarden worden verzonden met intervallen van 1 minuut (Fig. 1.1, d), en in de intervallen tussen deze waarden kan informatie over druk, luchtvochtigheid en andere wetenschappelijke informatie worden verzonden. worden verzonden.

Het beschouwde voorbeeld laat zien dat het proces van het bemonsteren van continue signalen uit twee fasen bestaat: bemonstering op tijd en bemonstering op niveau (kwantisering). Een signaal dat alleen in de tijd wordt bemonsterd, wordt discreet genoemd; het is nog niet geschikt voor verwerking in een digitaal apparaat. Een discreet signaal is een reeks waarvan de elementen exact gelijk zijn aan de overeenkomstige waarden van het oorspronkelijke continue signaal (Fig. 1.1, b). Een voorbeeld van een discreet signaal kan een reeks pulsen zijn met variërende amplitude - een amplitude-pulsgemoduleerde oscillatie (Fig. 1.1, c). Analytisch wordt een dergelijk discreet signaal beschreven door de uitdrukking

waar is het originele continue signaal; enkele puls van AIM-oscillatie.

Als we de pulsduur verkleinen terwijl het gebied ongewijzigd blijft, neigt de functie in de limiet naar de -functie. Vervolgens kan de uitdrukking voor het discrete signaal worden weergegeven als

Om een ​​analoog signaal naar een digitaal signaal om te zetten, moet tijdsampling worden gevolgd door niveausampling (kwantisering). De behoefte aan kwantisering wordt veroorzaakt door het feit dat elk computerapparaat alleen kan werken met getallen die een eindig aantal cijfers hebben. Kwantisering is dus het afronden van verzonden waarden met een bepaalde nauwkeurigheid. In het beschouwde voorbeeld worden de temperatuurwaarden dus afgerond op drie significante cijfers (Fig. 1.1, d). In andere gevallen kan het aantal bits van de verzonden signaalwaarden verschillen. Een signaal dat zowel in tijd als in niveau wordt bemonsterd, wordt digitaal genoemd.

De juiste keuze van bemonsteringsintervallen in termen van tijd en niveau is van groot belang bij het ontwikkelen van digitale signaalverwerkingssystemen. Hoe kleiner het bemonsteringsinterval, des te nauwer komt het bemonsterde signaal overeen met het oorspronkelijke continue signaal. Naarmate het bemonsteringsinterval echter in de tijd afneemt, neemt het aantal monsters toe, en om de totale signaalverwerkingstijd onveranderd te houden is het noodzakelijk om de verwerkingssnelheid te verhogen, wat niet altijd mogelijk is. Naarmate het kwantiseringsinterval kleiner wordt, zijn er meer bits nodig om het signaal te beschrijven, waardoor het digitale filter complexer en omslachtiger wordt.

We hebben gekeken naar verschillende definities van het begrip ‘informatie’ en kwamen tot de conclusie dat informatie op veel verschillende manieren gedefinieerd kan worden, afhankelijk van de gekozen aanpak. Maar we kunnen duidelijk over één ding spreken: informatie - kennis, gegevens, informatie, kenmerken, reflecties, enz. - categorie ontastbaar . Maar we leven in een materiële wereld. Om te kunnen bestaan ​​en zich in onze wereld te kunnen verspreiden, moet informatie dus in verband worden gebracht met een of andere materiële basis. Zonder dit kan informatie niet worden verzonden en opgeslagen.

Dan zal het materiële object (of de omgeving) zijn met behulp waarvan deze of gene informatie wordt gepresenteerd informatie drager , en we zullen een verandering in een kenmerk van de vervoerder noemen signaal .
Stel je bijvoorbeeld een gelijkmatig brandende gloeilamp voor; deze brengt geen enkele informatie over. Maar als we de lamp aan en uit zetten (dat wil zeggen, de helderheid ervan veranderen), dan kunnen we met behulp van afwisselende flitsen en pauzes een soort boodschap overbrengen (bijvoorbeeld via morsecode). Op dezelfde manier brengt een uniform gezoem geen enkele informatie over, maar als we de toonhoogte en het volume van het geluid veranderen, kunnen we een soort boodschap vormen (wat we doen met gesproken taal).

In dit geval kunnen signalen van twee typen zijn: continu (of analoog ) En discreet .
Het leerboek geeft de volgende definities.

Continu het signaal neemt vanuit een bepaald bereik veel waarden aan. Er zijn geen pauzes tussen de waarden die nodig zijn.
Discreet het signaal neemt een eindig aantal waarden aan. Alle waarden van een discreet signaal kunnen worden genummerd met gehele getallen.

Laten we deze definities wat verduidelijken.
Het signaal wordt gebeld continu(of analoog) als de parameter dit kan accepteren elk waarde binnen een bepaald interval.

Het signaal wordt gebeld discreet, als de parameter dit kan aannemen definitief het aantal waarden binnen een bepaald interval.

De grafieken van deze signalen zien er als volgt uit:

Voorbeelden continu signalen kunnen muziek, spraak, afbeeldingen, thermometermetingen zijn (de hoogte van de kwikkolom kan willekeurig zijn en vertegenwoordigt een reeks continue waarden).

Voorbeelden discreet signalen kunnen metingen zijn van mechanische of elektronische horloges, teksten in boeken, metingen van digitale meetinstrumenten, enz.

Laten we terugkeren naar de voorbeelden die aan het begin van het bericht zijn besproken: een knipperende gloeilamp en menselijke spraak. Welke van deze signalen is continu en welke is discreet? Reageer in de reacties en motiveer je antwoord. Kan continue informatie worden omgezet in discrete informatie? Zo ja, geef voorbeelden.

Discrete signalen ontstaan ​​uiteraard in gevallen waarin de berichtenbron informatie op vaste tijdstippen verstrekt. Een voorbeeld is informatie over de luchttemperatuur die meerdere keren per dag door omroepen wordt uitgezonden. De eigenschap van een discreet signaal komt hier uiterst duidelijk tot uiting: in de pauzes tussen berichten is er geen informatie over de temperatuur. In feite verandert de luchttemperatuur in de loop van de tijd soepel, zodat de meetresultaten voortkomen uit het bemonsteren van een continu signaal - een bewerking die de referentiewaarden registreert.

Discrete signalen hebben de afgelopen decennia bijzonder belang gekregen onder invloed van verbeteringen in de communicatietechnologie en de ontwikkeling van methoden voor het verwerken van informatie met snelle computerapparatuur. Er is grote vooruitgang geboekt bij de ontwikkeling en het gebruik van gespecialiseerde apparaten voor het verwerken van discrete signalen, de zogenaamde digitale filters.

Dit hoofdstuk is gewijd aan de beschouwing van de principes van de wiskundige beschrijving van discrete signalen, evenals aan de theoretische grondslagen voor de constructie van lineaire apparaten voor hun verwerking.

15.1. Discrete signaalmodellen

Het onderscheid tussen discrete en analoge (continue) signalen werd benadrukt in hoofdstuk. 1 bij het classificeren van radiosignalen. Laten we ons de belangrijkste eigenschap van een discreet signaal herinneren: de waarden ervan worden niet altijd bepaald, maar alleen op een telbaar aantal punten. Als een analoog signaal een wiskundig model heeft in de vorm van een continue of stuksgewijs continue functie, dan is het overeenkomstige discrete signaal respectievelijk een reeks monstersignaalwaarden op punten.

Bemonsteringsvolgorde.

In de praktijk worden monsters van discrete signalen in de tijd genomen met een gelijk interval A, het bemonsteringsinterval (stap) genoemd:

De bemonsteringsoperatie, dat wil zeggen de overgang van een analoog signaal naar een discreet signaal, kan worden beschreven door de gegeneraliseerde functie te introduceren

de bemonsteringsreeks genoemd.

Het is duidelijk dat een discreet signaal een functioneel signaal is (zie hoofdstuk 1), gedefinieerd op de verzameling van alle mogelijke analoge signalen en gelijk aan het scalaire product van de functie

Formule (15.3) geeft de weg aan naar de praktische implementatie van een apparaat voor het bemonsteren van een analoog signaal. De werking van de sampler is gebaseerd op de poortoperatie (zie hoofdstuk 12) - vermenigvuldiging van het verwerkte signaal en de "comb" -functie. Omdat de duur van de individuele pulsen waaruit de bemonsteringsreeks bestaat nul is, zijn de bemonsteringswaarden van het verwerkte analoge signaal verschijnt op gelijke tijdstippen aan de uitgang van een ideale sampler.

Rijst. 15.1. Blokschema van een pulsmodulator

Gemoduleerde pulssequenties.

Discrete signalen werden al in de jaren veertig gebruikt bij het creëren van radiosystemen met pulsmodulatie. Dit type modulatie onderscheidt zich doordat een periodieke reeks korte pulsen dient als een "draaggolfoscillatie" in plaats van een harmonisch signaal.

Een pulsmodulator (Fig. 15.1) is een apparaat met twee ingangen, waarvan er één het originele analoge signaal ontvangt. De andere ingang ontvangt korte synchronisatiepulsen met een herhalingsinterval. De modulator is zo gebouwd dat op het moment van het aanbieden van elke synchronisatiepuls de momentane waarde van het signaal x(t) wordt gemeten. Aan de uitgang van de modulator verschijnt een reeks pulsen, die elk een oppervlak hebben dat evenredig is met de overeenkomstige referentiewaarde van het analoge signaal.

Het signaal aan de uitgang van de pulsmodulator wordt een gemoduleerde pulssequentie (MPS) genoemd. Uiteraard is het discrete signaal een wiskundig model van de MIP.

Merk op dat vanuit een fundamenteel gezichtspunt de aard van de impulsen waaruit de MIP is samengesteld onverschillig is. In het bijzonder kunnen deze pulsen dezelfde duur hebben, terwijl hun amplitude evenredig is met de bemonsteringswaarden van het te bemonsteren signaal. Dit type continue signaalconversie wordt pulsamplitudemodulatie (PAM) genoemd. Een andere methode is mogelijk: pulsbreedtemodulatie (PWM). Hier zijn de amplitudes van de pulsen aan de modulatoruitgang constant en is hun duur (breedte) evenredig met de momentane waarden van de analoge oscillatie.

De keuze voor de ene of de andere pulsmodulatiemethode wordt bepaald door een aantal technische overwegingen, het gemak van circuitimplementatie en de karakteristieke kenmerken van de verzonden signalen. Het is bijvoorbeeld ongepast om AIM te gebruiken als het bruikbare signaal over een zeer groot bereik varieert, dat wil zeggen, zoals vaak wordt gezegd, een groot dynamisch bereik heeft. Voor een onvervormde overdracht van een dergelijk signaal is een zender met een strikt lineaire amplitudekarakteristiek vereist. Het creëren van een dergelijke zender is een op zichzelf staand, technisch complex probleem. PWM-systemen stellen geen eisen aan de lineariteit van de amplitudekarakteristieken van het zendapparaat. Hun circuitimplementatie kan echter wat complexer zijn in vergelijking met AIM-systemen.

Een wiskundig model van een ideale MIP kan als volgt worden verkregen. Laten we eens kijken naar de formule voor de dynamische weergave van een signaal (zie hoofdstuk 1):

Omdat de MIP alleen op punten wordt gedefinieerd, moet de integratie in formule (15.4) worden vervangen door sommatie over index k. De rol van het verschil zal worden gespeeld door het bemonsteringsinterval (stap). Vervolgens wordt het wiskundige model van een gemoduleerde pulsreeks gevormd door oneindig korte pulsen gegeven door de uitdrukking

waar zijn voorbeeldwaarden van het analoge signaal.

Spectrale dichtheid van een gemoduleerde pulssequentie.

Laten we het spectrum onderzoeken van het signaal dat ontstaat aan de uitgang van een ideale pulsmodulator en wordt beschreven door uitdrukking (15.5).

Merk op dat een signaal van het type MIP, tot aan de evenredigheidscoëfficiënt A, gelijk is aan het product van de functie en de bemonsteringsvolgorde

Het is bekend dat het spectrum van het product van twee signalen evenredig is met de convolutie van hun spectrale dichtheden (zie hoofdstuk 2). Daarom zijn de wetten van correspondentie tussen signalen en spectra bekend:

vervolgens de spectrale dichtheid van het MIP-signaal

Om de spectrale dichtheid van de bemonsteringsreeks te vinden, breiden we de periodieke functie uit naar een complexe Fourierreeks:

De coëfficiënten van deze reeks

Als we naar formule (2.44) kijken, verkrijgen we

dat wil zeggen dat het spectrum van de bemonsteringsreeks bestaat uit een oneindige verzameling deltapulsen in het frequentiedomein. Deze spectrale dichtheid is een periodieke functie met een periode

Als we ten slotte formule (15.8) vervangen door (15.7) en de volgorde van de integratie- en sommatiebewerkingen veranderen, vinden we

Het spectrum van het signaal dat wordt verkregen als resultaat van ideale bemonstering met oneindig korte poortpulsen is dus de som van een oneindig aantal "kopieën" van het spectrum van het oorspronkelijke analoge signaal. Kopieën bevinden zich op de frequentie-as met gelijke intervallen die gelijk zijn aan de waarde van de hoekfrequentie van de eerste harmonische van de bemonsteringspulsreeks (Fig. 15.2, a, b).

Rijst. 15.2. Spectrale dichtheid van een gemoduleerde pulsreeks bij verschillende waarden van de bovengrensfrequentie: a - de bovengrensfrequentie is hoog; b - de bovengrensfrequentie is laag (de kleur geeft de spectrale dichtheid aan van het originele signaal dat aan bemonstering is onderworpen)

Reconstructie van een continu signaal uit een gemoduleerde pulsreeks.

In wat volgt zullen we aannemen dat het echte signaal een laagfrequent spectrum heeft, symmetrisch ten opzichte van het punt en beperkt door de bovengrensfrequentie. 15.2, b volgt hieruit dat als , individuele kopieën van het spectrum elkaar niet overlappen.

Daarom kan een analoog signaal met een dergelijk spectrum, onderworpen aan pulsbemonstering, volledig nauwkeurig worden hersteld met behulp van een ideaal laagdoorlaatfilter, waarvan de ingang een pulsreeks van de vorm (15.5) is. In dit geval is het grootste toegestane bemonsteringsinterval , wat consistent is met de stelling van Kotelnikov.

Stel dat het filter dat een continu signaal herstelt, een frequentieoverdrachtscoëfficiënt heeft

De impulsresponsie van dit filter wordt beschreven door de uitdrukking

Rekening houdend met het feit dat het MIP-signaal van de vorm (15.5) een gewogen som van deltapulsen is, vinden we de respons aan de uitgang van het reconstructiefilter

Dit signaal herhaalt, tot een schaalfactor, de oorspronkelijke oscillatie met een beperkt spectrum.

Een ideaal laagdoorlaatfilter is fysiek niet realiseerbaar en kan alleen dienen als een theoretisch model om het principe uit te leggen van het reconstrueren van een bericht op basis van de discrete pulsmonsters. Een echt laagdoorlaatfilter heeft een frequentierespons die ofwel verschillende lobben van het MIP-spectraaldiagram bestrijkt, ofwel, geconcentreerd nabij de nulfrequentie, aanzienlijk smaller blijkt te zijn dan de centrale lob van het spectrum. Bijvoorbeeld in afb. Figuur 15.3, b-e toont curven die het signaal karakteriseren aan de uitgang van het RC-circuit dat wordt gebruikt als reconstructiefilter (Fig. 15.3, a).

Rijst. 15.3. Reconstructie van een continu signaal uit zijn pulsmonsters met behulp van een RC-circuit: a - filtercircuit; b - discreet ingangssignaal; c, d - frequentierespons van het filter en het signaal aan zijn uitgang in het geval van ; d, e - hetzelfde, voor het geval

Uit de bovenstaande grafieken blijkt dat een echt reconstructiefilter onvermijdelijk de ingangsoscillatie vervormt.

Merk op dat u voor het reconstrueren van het signaal de centrale of een zijlob van het spectrale diagram kunt gebruiken.

Bepaling van het spectrum van een analoog signaal uit een reeks monsters.

Met de MIP-weergave kunt u niet alleen het analoge signaal herstellen, maar ook de spectrale dichtheid ervan vinden. Om dit te doen, moet u eerst de spectrale dichtheid van de SMIP rechtstreeks verbinden met de referentiewaarden:

(15.13)

Deze formule lost het probleem dat zich onder de bovenstaande beperking voordoet, uitputtend op.

Dagelijks worden mensen geconfronteerd met het gebruik van elektronische apparaten. Het moderne leven is onmogelijk zonder hen. We hebben het tenslotte over tv, radio, computer, telefoon, multicooker enzovoort. Voorheen, nog maar een paar jaar geleden, dacht niemand na over welk signaal er in elk werkend apparaat werd gebruikt. Nu bestaan ​​de woorden “analoog”, “digitaal”, “discreet” al heel lang. Sommige soorten signalen die worden vermeld, zijn van hoge kwaliteit en betrouwbaar.

Digitale transmissie werd veel later in gebruik genomen dan analoge. Dit komt door het feit dat een dergelijk signaal veel gemakkelijker te onderhouden is en dat de technologie op dat moment niet zo verbeterd was.

Iedereen komt de hele tijd het concept van ‘discretie’ tegen. Als je dit woord uit het Latijn vertaalt, betekent het ‘discontinuïteit’. Als we ver in de wetenschap duiken, kunnen we zeggen dat een discreet signaal een methode is voor het verzenden van informatie, wat een verandering in de tijd van het dragermedium impliceert. Dit laatste ontleent elke waarde aan alles wat mogelijk is. Nu verdwijnt de discretie naar de achtergrond, nadat de beslissing werd genomen om systemen op een chip te produceren. Ze zijn holistisch en alle componenten werken nauw met elkaar samen. In discretie is alles precies het tegenovergestelde: elk detail wordt voltooid en met andere verbonden via speciale communicatielijnen.

Signaal

Een signaal is een speciale code die door een of meer systemen de ruimte in wordt gestuurd. Deze formulering is algemeen.

Op het gebied van informatie en communicatie is een signaal een bijzondere gegevensdrager die wordt gebruikt om berichten te verzenden. Het kan worden gecreëerd, maar niet worden geaccepteerd; de laatste voorwaarde is niet noodzakelijk. Als het signaal een bericht is, wordt het ‘vangen’ ervan als noodzakelijk beschouwd.

De beschreven code wordt gespecificeerd door een wiskundige functie. Het karakteriseert alle mogelijke veranderingen in parameters. In de radiotechniektheorie wordt dit model als fundamenteel beschouwd. Daarin werd ruis een analoog van het signaal genoemd. Het vertegenwoordigt een functie van de tijd die vrijelijk interageert met de verzonden code en deze vervormt.

Het artikel beschrijft de soorten signalen: discreet, analoog en digitaal. Ook wordt kort de basistheorie over het beschreven onderwerp gegeven.

Soorten signalen

Er zijn verschillende signalen beschikbaar. Laten we eens kijken welke soorten er zijn.

1. Op basis van het fysieke medium van de gegevensdrager worden ze onderverdeeld in elektrische, optische, akoestische en elektromagnetische signalen. Er zijn nog een aantal andere soorten, maar die zijn weinig bekend.
2. Volgens de instellingsmethode worden signalen verdeeld in regelmatig en onregelmatig. De eerste zijn deterministische methoden voor gegevensoverdracht, die worden gespecificeerd door een analytische functie. Willekeurige worden geformuleerd met behulp van de waarschijnlijkheidstheorie, en ze nemen ook op verschillende tijdsintervallen waarden aan.
3. Afhankelijk van de functies die alle signaalparameters beschrijven, kunnen datatransmissiemethoden analoog, discreet of digitaal zijn (een methode die qua niveau is gekwantiseerd). Ze worden gebruikt om veel elektrische apparaten van stroom te voorzien.

Nu kent de lezer alle soorten signaaloverdracht. Het zal voor niemand moeilijk zijn om ze te begrijpen; het belangrijkste is om een ​​beetje na te denken en de natuurkundecursus op school te onthouden.

Waarom wordt het signaal verwerkt?

Het signaal wordt verwerkt om informatie te verzenden en te ontvangen die daarin gecodeerd is. Als het eenmaal is geëxtraheerd, kan het op verschillende manieren worden gebruikt. In sommige situaties zal het opnieuw worden geformatteerd.

Er is nog een reden om alle signalen te verwerken. Het bestaat uit een lichte compressie van frequenties (om de informatie niet te beschadigen). Hierna wordt het geformatteerd en met lage snelheden verzonden.

Analoge en digitale signalen maken gebruik van speciale technieken. In het bijzonder filtering, convolutie, correlatie. Ze zijn nodig om het signaal te herstellen als het beschadigd is of ruis vertoont.

Schepping en vorming

Vaak is een analoog-naar-digitaalomzetter (ADC) nodig om signalen te genereren. Meestal worden beide alleen gebruikt in situaties waarin DSP-technologieën worden gebruikt. In andere gevallen is alleen het gebruik van een DAC voldoende.

Bij het maken van fysieke analoge codes met verder gebruik van digitale methoden vertrouwen ze op de ontvangen informatie, die wordt verzonden vanaf speciale apparaten.

Dynamisch bereik

Het wordt berekend op basis van het verschil tussen het hogere en lagere volumeniveau, uitgedrukt in decibel. Het hangt volledig af van het werk en de kenmerken van de uitvoering. We hebben het over zowel muzikale nummers als gewone dialogen tussen mensen. Nemen we bijvoorbeeld een omroeper die het nieuws voorleest, dan schommelt zijn dynamisch bereik rond de 25-30 dB. En tijdens het lezen van welk werk dan ook kan het oplopen tot 50 dB.

Analoog signaal

Een analoog signaal is een tijdcontinue methode voor gegevensoverdracht. Het nadeel is de aanwezigheid van ruis, wat soms leidt tot volledig verlies van informatie. Heel vaak doen zich situaties voor waarin het onmogelijk is om te bepalen waar de belangrijke gegevens zich in de code bevinden en waar er sprake is van gewone vervormingen.

Het is hierdoor dat digitale signaalverwerking grote populariteit heeft gewonnen en geleidelijk analoog vervangt.

Digitaal signaal

Een digitaal signaal is speciaal; het wordt beschreven door discrete functies. De amplitude ervan kan een bepaalde waarde aannemen ten opzichte van de reeds gespecificeerde waarden. Als een analoog signaal met een enorme hoeveelheid ruis kan aankomen, filtert een digitaal signaal het grootste deel van de ontvangen ruis weg.

Bovendien draagt ​​dit type datatransmissie informatie over zonder onnodige semantische belasting. Via één fysiek kanaal kunnen meerdere codes tegelijk worden verzonden.

Er zijn geen soorten digitale signalen, omdat het opvalt als een afzonderlijke en onafhankelijke methode voor gegevensoverdracht. Het vertegenwoordigt een binaire stroom. Tegenwoordig wordt dit signaal als het meest populair beschouwd. Dit komt door het gebruiksgemak.

Toepassing van digitaal signaal

Hoe verschilt een digitaal elektrisch signaal van andere? Het feit dat hij in staat is om volledige regeneratie in de repeater uit te voeren. Wanneer een signaal met de minste interferentie bij een communicatieapparatuur aankomt, verandert het onmiddellijk zijn vorm in digitaal. Hierdoor kan bijvoorbeeld een tv-toren weer een signaal genereren, maar zonder het ruiseffect.

Als de code met grote vervormingen arriveert, kan deze helaas niet worden hersteld. Als we analoge communicatie vergelijken, kan een repeater in een vergelijkbare situatie een deel van de gegevens extraheren, wat veel energie kost.

Bij het bespreken van mobiele communicatie van verschillende formaten is het bijna onmogelijk om te praten als er sprake is van sterke vervorming op een digitale lijn, omdat woorden of hele zinnen niet kunnen worden gehoord. In dit geval is analoge communicatie effectiever, omdat je een dialoog kunt blijven voeren.

Juist vanwege dergelijke problemen vormen repeaters heel vaak een digitaal signaal om de kloof in de communicatielijn te verkleinen.

Discreet signaal

Tegenwoordig gebruikt iedereen een mobiele telefoon of een soort dialer op zijn computer. Eén van de taken van apparaten of software is het overbrengen van een signaal, in dit geval een spraakstroom. Om een ​​continue golf te transporteren, is een kanaal nodig met het hoogste doorvoerniveau. Daarom is er voor gekozen om een ​​discreet signaal te gebruiken. Het creëert niet de golf zelf, maar het digitale uiterlijk ervan. Waarom? Omdat de transmissie afkomstig is van technologie (bijvoorbeeld een telefoon of computer). Wat zijn de voordelen van deze vorm van informatieoverdracht? Met zijn hulp wordt de totale hoeveelheid verzonden gegevens verminderd en is batchverzending ook eenvoudiger te organiseren.

Het concept van ‘sampling’ wordt al lange tijd gestaag gebruikt in het werk van de computertechnologie. Dankzij dit signaal wordt er geen continue informatie verzonden, die volledig is gecodeerd met speciale symbolen en letters, maar gegevens verzameld in speciale blokken. Het zijn afzonderlijke en complete deeltjes. Deze coderingsmethode is al lang naar de achtergrond verbannen, maar is niet volledig verdwenen. Het kan worden gebruikt om eenvoudig kleine stukjes informatie over te dragen.

Vergelijking van digitale en analoge signalen

Bij het kopen van apparatuur denkt bijna niemand na over welke soorten signalen in dit of dat apparaat worden gebruikt, en nog meer over hun omgeving en aard. Maar soms moet je de concepten nog begrijpen.

Het is al lang duidelijk dat analoge technologieën de vraag verliezen, omdat het gebruik ervan irrationeel is. In ruil daarvoor komt digitale communicatie. We moeten begrijpen waar we het over hebben en wat de mensheid weigert.

Kortom, een analoog signaal is een methode voor het verzenden van informatie waarbij gegevens in continue functies van de tijd worden beschreven. Specifiek gesproken kan de amplitude van oscillaties binnen bepaalde grenzen gelijk zijn aan elke waarde.

Digitale signaalverwerking wordt beschreven door discrete tijdfuncties. Met andere woorden, de amplitude van de oscillaties van deze methode is gelijk aan strikt gespecificeerde waarden.

Als we van theorie naar praktijk gaan, moet gezegd worden dat het analoge signaal wordt gekenmerkt door interferentie. Dergelijke problemen bestaan ​​niet met digitaal, omdat het ze met succes ‘verzacht’. Dankzij nieuwe technologieën is deze methode van gegevensoverdracht in staat om op eigen kracht alle originele informatie te herstellen, zonder tussenkomst van een wetenschapper.

Over televisie gesproken, we kunnen nu al met vertrouwen zeggen: analoge transmissie heeft zijn nut al lang overleefd. De meeste consumenten stappen over op een digitaal signaal. Het nadeel van dit laatste is dat hoewel elk apparaat analoge transmissie kan ontvangen, een modernere methode alleen speciale apparatuur vereist. Hoewel de vraag naar de verouderde methode al lang is afgenomen, kunnen dit soort signalen nog steeds niet volledig uit het dagelijks leven verdwijnen.