Дайте определение термину сигнал

Под системой электросвязи понимают совокупность технических средств и среды распространения сигналов, обеспечивающих пе­редачу сообщений от источника к потребителю (или потребите­лям). Для удовлетворения потребностей современного общества уже созданы сотни систем электросвязи различного назначения и число их продолжает расти. Все они необходимы для обмена информацией.

Таким образом, при характеристике систем электросвязи ис­пользуются понятия — информация, сообщение, сигнал, которые имеют много общего и иногда используются как синонимы. Одна­ко их надо различать для правильного понимания физических процессов обмена информацией в системах связи.

В широком смысле информации (от лат. informatio — разъяс­нение, изложение) — это новые сведения об окружающем нас мире, которые мы получаем в результате взаимодействия с ним. Информация — одна из важнейших категорий естествознания (на ряду с веществом, энергией и полем).

Можно выделить три основных вида информации в обществе: личную, специальную и массовую. Личная информация касается тех или иных событий в личной жизни человека. К специальной информации относится научно-техническая, деловая, производст­венная, экономическая и др. Массовая информация предназначе­на для большой группы людей и распространяется через сред­ства массовой информации: газеты, журналы, радио, телевиде­ние.

Информация в любой форме является объектом хранения, пе­редачи и преобразования. В теории и технике связи в первую оче­редь интересуются свойствами информации при ее передаче и под информацией понимают совокупность сведений о явлениях, событиях, фактах, заранее не известных получателю.

Сообщение — форма представления информации. Это услов­ные знаки, с помощью которых мы получаем те или другие све­дения (информацию). Так, сведения о результате футбольного матча можно узнать из рассказа очевидца (условное сообщение) или прочитать в газете (письменное сообщение). При телеграф­ной передаче сообщением является текст телеграммы, представ­ляющей собой последовательность различных букв и знаков. При разговоре сообщение представляет собой последовательность зву­ков. При телевизионных передачах сообщение — изменение во времени яркости и цветности элементов изображения. Однако сообщения в общем случае не могут быть непосредственно пере­даны в системе электросвязи в соответствующий адрес и допол­нительно преобразовываются в сигнал.

Сигнал (лат. signum — знак) — процесс изменения во време­ни физического состояния какого-либо объекта, служащий для отображения, регистрации или передачи сообщений. Сигнал — это материальный носитель (переносчик) сообщений. В современ­ной технике нашли применение электрические, электромагнитные, световые, механические, звуковые сигналы. Для передачи сооб­щений необходимо применять тот переносчик, который способен наилучшим образом преодолеть расстояние от источника к пот­ребителю.

В системах электросвязи в качестве переносчика, использу­емого для передачи сообщений на расстояния, является обычно переменный электрический ток, электромагнитное поле, свето­вые волны. И это не случайно. Во-первых, скорость распростра­нения в пространстве перечисленных переносчиков приближает­ся к предельной скорости распространения любых физических процессов, равной скорости света в вакууме — 3*10 8 м/с; во-вто­рых, с их помощью можно передавать огромное количество ин­формации.

ЧТО ТАКОЕ АНАЛОГОВЫЕ И ЦИФРОВЫЕ СИГНАЛЫ [Уроки Ардуино #10]

Из приведенных определений следует, что в любой системе электросвязи должны быть устройства, осуществляющие преоб­разования (на передаче: информация > сообщение >сигнал; на приеме: сигнал > сообщение > информация). Кроме того, в процессе передачи сигнал подвергается и другим преобразовани­ям, многие из которых являются типовыми, обязательными для различных систем электросвязи, независимо от их назначения и характера передаваемых сообщений. Перечислим эти процессы и их основные черты применительно к обобщенной структурной схеме системы электросвязи, представленной на рис. 1.1.

Источник и получатель информации. Источником информации является физический объект, который формирует конкретное сообщение. Получатель этого сообщения и является получателем информации. Первоначально информационный обмен в системах связи осуществлялся между людьми. Сегодня в связи с автоматизацией производства и управления создают и потреб­ляют информацию изготовленные человеком всевозможные авто­маты, вычислительные машины, дистанционно управляемые устройства и т. д.

Рис. 1.1. Обобщенная структурная схема системы электросвязи

На рис. 1.1 формируемое источником сообщение обозначено апр ,а поступающее к потребителю апр. В общем слу­чае сообщения могут быть функциями времени (речь, музыка, движущееся изображение), но могут и не являться ими (фото­графия, текст, рисунок).

При всем многообразии сообщений их можно разбить на два типа — непрерывные и дискретные. Непрерывные сообщения при­нимают любые значения в некотором интервале. К таким сообще­ниям можно отнести речь, музыку, рисунок. Конечное число воз­можных значений — характерный признак дискретного сообще­ния. Типичный пример — выражение информации в виде букв

Преобразование сообщения в электрический сигнал. Этот процесс в общем случае осуществляется с помо­щью электрических или электромеханических устройств, которые воспринимают неэлектрические сообщения и выдают их в виде электрического процесса — изменяющегося во времени напряже­ния или тока. Это так называемые первичные преобразователи и их выходной сигнал является первичным электрическим сигналом u(t) (или, проще, первичным сигналом). Так, при передаче речи и музыки первичное преобразование производится микрофоном, при передаче изображения (телевидение) — с помощью переда­ющих трубок (например, суперортикона). Буквы текста преобра­зуются в стандартные электрические сигналы (например, импуль­сы и паузы различной длительности в азбуке Морзе).

Линия связи. Под линией связи понимают совокупность физических цепей, имеющих общую среду распространения и слу­жащих для передачи электрических сигналов от передатчика к приемнику. Такими физическими цепями, соединяющими пере­датчик и приемник, могут быть пара проводов, коаксиальный ка­бель, цепочка радиорелейных линий, часть пространства между передающей и приемной антеннами в радиосвязи.

Для каждого типа линии связи имеются сигналы, наиболее эффективно распространяющиеся по ней: например, по провод­ной линии — постоянный ток и переменные токи невысоких час­тот (не более нескольких десятков килогерц), по радиолинии — электромагнитные колебания высоких частот (от сотен килогерц до десятков тысяч мегагерц), в оптических кабелях—световые волны с частотами10 14 . 10 18 Гц.

При прохождении по линии связи электрические сигналы, во-первых, значительно ослабляются (затухают), во-вторых, подвер­гаются воздействию посторонних мешающих электромагнитных колебаний — помех. Антенна приемника, например, улавливает ничтожную долю электромагнитной энергии, излучаемой антен­ной передатчика, уровень же помех в антенне часто намного пре­вышает уровень сигнала. Следовательно, на выходе линии связи будет смесь принятого сигнала и помехи, обозначенная на рис.1.1 z(t).

Передатчик. Первичные сигналы с преобразователя, как правило, не могут быть непосредственно переданы по линии свя­зи. И не только потому, что они обычно малого уровня. Гораздо более существенно то обстоятельство, что первичные сигналы низкочастотные, а в линии связи эффективно передаются высоко­частотные колебания. Для согласования первичных сигналов с линией связи применяется устройство, называемое передатчиком, т. е. именно в нем осуществляется преобразование первичных сиг­налов u(t) в сигналы, удобные для передачи по линии связи (по форме, мощности, частоте и т. д.). В простейшем случае пере­датчик может содержать усилитель первичных сигналов или толь­ко фильтр, ограничивающий полосу передаваемых частот. В боль­шинстве случаев передатчик — генератор переносчика (несущей) и модулятор. Процесс модуляции заключается в управлении па­раметрами переносчика первичным сигналом u(t). На выходе пе­редатчика получаем модулированный сигнал s(u, t). Модулиро-ванные сигналы наиболее применимы в электросвязи, и они под­робно описаны в гл. 3.

Приемник. В приемнике из принятого сигнала z(t) извле­кается первичный сигнал, т. е. приемник восстанавливает первич-ный сигнал. Но из-за действия помех в линии связи восстановлен-ный первичный сигнал несколько отличается от переданного и

поэтому на рис. 1.1 обозначается uпр(t) Кроме того, для компен-

сации ослабления сигнала в линии связи в приемнике произво-гся усиление и обработка принятого сигнала с целью выделе-ния полезного сигнала и подавления помехи.

Преобразование электрического сигнала в сообщение. Обратное преобразование принятого первичного сигнала uпр(t) в сообщениe апр осуществляется также с помощью специальных устройств, например телефона для речевого и кинескопа для телефонного сигналов. В принципе, необходим такой преобразователь, который преобразует принятый первичный сигнал в со-общение, воспринимаемое получателем. Так, при передаче музыки принятый первичный сигнал преобразуется в звуковые коле-бания, если получателем является человек. Если же требуется осуществить магнитофонную запись, то принятый первичный сигнал преобразуется в сигнал, удобный для записи на магнитной ленте. Главное требование к этим действиям — точность преобразования.

Источник и потребитель информации являются абонентами в системе связи. Достаточно часто преобразователи сообщения в первичный сигнал и первичного сигнала в сообщение ставят око­ло источника и потребителя, поэтому их называют абонентскими устройствами или терминалами.

В приведенной на рис. 1.1 структурной схеме системы элек­тросвязи можно выделить канал электросвязи, под которым по­нимают совокупность технических средств и среды распростра­нения, обеспечивающих при подключении оконечных абонент­ских устройств передачу сообщений любого вида от источника к потребителю (потребитель) с помощью сигналов электросвязи.

В зависимости от вида сообщений и среды распространения различают каналы: телефонные, телеграфные, передачи данных, звукового и телевизионного вещания, проводные и кабельные, радиосвязи, цифровые и т. д. Но по каждому из них, в зависи­мости от подключаемых терминалов, могут передаваться различ­ные сообщения.

На практике часто возникает необходимость обеспечить неза­висимую передачу сообщений от нескольких источников, распо­ложенных в пункте А, к потребителям, расположенным в пунк­те В. Использование для каждой пары источник—потребитель отдельной линии связи экономически нецелесообразно. В совре­менных системах передачи информации линии связи являются наиболее дорогостоящим звеном, поэтому возникает задача по­строения систем, использующих одну линию связи для передачи сообщений от нескольких источников. Такие системы называются многоканальными. В них сигналы, поступающие от разных источ­ников сообщений, должны обладать определенными признаками, позволяющими разделить сообщения на приеме. Для этого на пе­редающей стороне необходимо иметь формирователь канальных сигналов, а на приемной — устройства разделения. Таким обра­зом, дополнив структурную схему системы связи (см. рис. 1.1) устройствами формирования и разделения сигналов, получаем многоканальную систему.

При адресной передаче (обмен информацией между конкрет­ными абонентами) в систему связи включаются дополнительные устройства поиска адресата и распределение сообщений. Но эти устройства для процесса передачи электрических сигналов несу­щественны и в курсе ТПСЭ не рассматриваются.

Для осуществления перечисленных процессов в системе элек­тросвязи широко используются генераторы сигналов заданной формы, различная трансформация частоты — преобразование, умножение, деление и т. д. Это разнообразие возникло из-за не­обходимости обеспечить передачу все большего количества ин­формации с лучшим качеством в условиях возрастающей интен­сивности помех и будет болееподробно рассмотрено в последую­щих разделах учебника.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Этимологический словарь русского языка

Латинское – signum (знак).

Слово «сигнал» известно в русском языке с начала XVIII в. (впервые встречается в изданиях Петровского времени).

Слово является заимствованием из западноевропейских языков: французского или немецкого, где signal восходит к позднелатинскому signale от signum. Первоисточником является латинский глагол seco – «срезаю, рассекаю».

В настоящее время слово используется в значении «условный знак».

Производные: сигнальный, сигналить, сигнализация, сигнализировать.

Этимологический словарь русского языка — лингвистический словарь, целью которого является создание у читателя представления о происхождении и развитии слов русского языка.

Словарь содержит в себе сведения о появлении того или иного слова, а также о процессе его вхождения в современный русский язык, в том числе и в контексте исторических событий.

Одна из основных задач словаря — определение роли других языков в формировании русского языка. С помощью словаря можно выяснить источник заимствования конкретного слова в случае, если оно пришло в русский язык из иностранного. Также в словаре даются понятия народной (ложной) этимологии, переосмысливающей значения слов.

Словарь лингвистических терминов

(нем. Signal О словаре

Словарь лингвистических терминов — учебный и обучающий словарь, содержащий в себе наиболее употребительные понятия и определения дисциплин общеязыковедческого цикла (фонетики, синтаксиса, фономорфологии, лексикологии и других). В словарных статьях дается развернутое определение терминов и их толкование, а также приведены примеры их употребления с иллюстрациями.

В словаре отражены понятия общей лингвистики, русского языкознания, истории языка и диалектологии. Словарь будет полезен как специалистам-языковедам и филологам, так и непрофессионалам, интересующимся русским языком.

Определение сигналов

Сигналы – это физические величины, которые передают информацию или сообщают о каком-либо событии. Они могут быть представлены в различных формах, таких как электрические, звуковые, световые и т.д. Сигналы могут быть аналоговыми или цифровыми.

Аналоговые сигналы представляют собой непрерывные величины, которые изменяются во времени. Они могут принимать любое значение в определенном диапазоне. Например, аналоговый сигнал может быть амплитудой звука или яркостью света.

Цифровые сигналы, в отличие от аналоговых, представляют собой дискретные значения, которые могут быть только 0 или 1. Они используются для передачи информации в компьютерных системах и сетях.

Сигналы могут быть одноканальными или многоканальными. Одноканальные сигналы передают информацию только по одному каналу, например, звуковой сигнал в телефонной связи. Многоканальные сигналы передают информацию по нескольким каналам одновременно, например, стерео звук.

Сигналы могут также иметь различные формы, такие как синусоидальные, прямоугольные, треугольные и т.д. Форма сигнала определяет его спектральные характеристики и способ передачи информации.

Виды сигналов

Сигналы могут быть различных типов в зависимости от своих характеристик и применения. Рассмотрим некоторые из них:

Аналоговые сигналы

Аналоговые сигналы представляют собой непрерывные функции времени. Они могут принимать любое значение в заданном диапазоне. Примером аналогового сигнала может служить звуковая волна, которая может иметь любую амплитуду и частоту.

Дискретные сигналы

Дискретные сигналы представляют собой последовательность значений, которые изменяются только в определенные моменты времени. Они могут быть представлены в виде чисел или символов. Примером дискретного сигнала может служить цифровой сигнал, который может принимать только два значения – 0 и 1.

Цифровые сигналы

Цифровые сигналы являются подтипом дискретных сигналов и представляют собой последовательность битов (двоичных цифр). Они используются для передачи информации в цифровых системах, таких как компьютеры и сети. Цифровые сигналы обладают высокой устойчивостью к помехам и искажениям, что делает их предпочтительными для передачи данных.

Аналогово-цифровые сигналы

Аналогово-цифровые сигналы представляют собой комбинацию аналоговых и цифровых сигналов. Они используются для преобразования аналоговых сигналов в цифровой формат для последующей обработки и передачи. Примером аналогово-цифрового сигнала может служить аудиозапись, которая сначала преобразуется в цифровой формат, а затем может быть обработана и передана по сети.

Последовательные и параллельные сигналы

Последовательные сигналы представляют собой последовательность битов, которые передаются по одному каналу. Они обычно используются для передачи данных на большие расстояния. Параллельные сигналы, напротив, передают несколько битов одновременно по нескольким параллельным каналам. Они обычно используются для передачи данных на короткие расстояния, например, внутри компьютера.

Это лишь некоторые из видов сигналов, которые используются в электротехнике. Каждый из них имеет свои особенности и применения в различных областях техники и науки.

Сигнал

Сигнал – это материальное воплощение сообщения, которое используется при хранении, передаче и переработке информации.

Сигнал, в отличии от сообщения, может генерироваться, но при этом его прием не обязателен. Он может представлять собой любой физический процесс, параметры которого изменяются в соответствии с передаваемым сообщением. Случайный или детерминированный сигнал описывается математической моделью, функцией, которая характеризует изменение его параметров. Его математическое представление является основополагающей концепцией теории радиотехники и успешно используется при синтезе и анализе радиотехнических систем и устройств. В современной радиотехнике альтернативой полезному сигналу является шум, который представляет собой случайную функцию времени, взаимодействующую с сигналом, искажая его. Таким образом основная задача теоретической радиотехники заключается в извлечении полезных данных из сигнала с учетом шума. Сигналы классифицируются по следующим признакам:

Получи помощь с рефератом от ИИ-шки
ИИ ответит за 2 минуты

  1. Физическая природа носителя данных. Согласно данному признаку сигналы делятся на акустические, электрические, оптические, электромагнитные и другие.
  2. Способ задания сигнала. Согласно данному признаку сигналы делятся на случайные (нерегулярные), которые могут принимать произвольное значение в любой момент времени, а для их описания используется теория вероятности и регулярные (детерминированные), которые задаются аналитической функцией.
  3. Функция, которая описывает параметры сигнала. Согласно данному признаку сигналы делятся на аналоговые (непрерывные), дискретные (дискретно-непрерывные), непрерывно-квантованные и цифровые (дискретно-квантованные).

Определение 2

Аналитическая функция – это функция, совпадающая с собственным рядом Тейлора в окрестности любой точки области определения.

Подавляющее большинство сигналов имеют непрерывную зависимости от независимой переменной и могут принимать любое значение в некотором интервале. Аналоговый сигнал может быть описан некоторой непрерывной математической функцией времени:

Начинай год правильно
Выигрывай призы на сумму 400 000 ₽

Аналоговые сигналы широко используются в радиовещании, телефонии и телевидении. Данный вид сигнала невозможно ввести в в цифровую систему для обработки, потому что любой интервал времени может иметь бесконечное число значений, и чтобы без погрешностей его представить нужны числа бесконечной разрядности. Дискретные сигналы определяются могут быть определены в дискретные моменты времени, а представлены последовательностью чисел.

В случае квантования вся область значений сигнала делится на уровни, количество которых представляется в виде чисел заданной разрядности. Расстояние между такими уровнями называется шагом квантования. Каждому уровню присваиваются некоторые числа. Отсчет сигнала сравнивается с уровнями квантования и в качестве сигнала выбирается то число, которое соответствует некоторому уровню квантования. Каждый уровень кодируется двоичным числом c n разрядом. Количество уровне квантования и число разрядов двоичных числе связаны следующим выражением:

где: n — количество разрядов; N — количество уровней квантования.

К цифровым сигнал относятся те, у которых дискретны уровень и независимая переменная времени.

Основные параметры сигналов, основные характеристики электрических сигналов

К основным параметрам сигналов относятся:

  • Мощность.
  • Удельная энергия.
  • Длительность сигнала, которая определяет временной интервал, в течении которого он существует.
  • Ширина спектра.
  • База.
  • Отношение сигнал/шум.
  • Объем передаваемых данных (информации).

Основными характеристиками электрического сигнала являются амплитуда, частота и фаза. Амплитуда — максимальное отклонение напряжения сигнала нулевого порога в область отрицательных и положительных значений, то есть представляет собой пределы, которых изменяется сигнал. Амплитуда измеряется в вольтах. Если она слишком большая, то проводник может выйти из строя из-за перегрева. В случае недостаточного напряжения сигнал затухает в проводнике слишком быстро и не доходит до получателя.

Частота сигнала представляет собой количество колебаний за единицу времени. Для стандартизации принята одна секунда, а измеряется частота сигнала в герцах, один герц соответствует одному колебанию сигнала за секунду. Период является величиной обратной частоте, показывающий задержку времени между соседними значениями сигнала равной величины. Такая характеристика, как фаза показывает, из какого первоначального значения начинает изменяться синусоида. Данная характеристика измеряется в радианах или градусах. Если измерение ведется в градусах, то значение фазы находится в пределах от 0 до 360.

Сигнал

Сигналы светофора

Сигна́л (от лат. signum – знак), условный знак, физический процесс (или явление), несущий сообщение ( информацию ) о каком-либо событии, состоянии объекта наблюдения либо передающий команды управления , указания, оповещения и т. д. По своей природе сигнал может быть механическим (деформация, перемещение и др.), тепловым (изменение температуры), оптическим (вспышка света, лазерный луч, зрительный образ), электрическим или электромагнитным (например, импульс тока или напряжения, радиоволны ), звуковым (речь, музыка, гудок) и др. Информация, содержащаяся в сообщении, обычно представляется изменением одного или нескольких параметров сигнала – его амплитуды (интенсивности), длительности, частоты , ширины спектра, поляризации и т. п. Сигналы могут преобразовываться (без изменения содержания сообщения) из одного вида в другой, например, непрерывные (аналоговые) в дискретные (см. Квантование сигнала ), звуковые – в электрические, электрические – в световые. Термин наиболее широко применяется в областях науки и техники, связанных с обработкой и передачей информации, – в информатике , электронике , радиотехнике , технике связи и др. См. также Видеосигнал .

Редакция информационных технологий

Опубликовано 31 августа 2022 г. в 18:33 (GMT+3). Последнее обновление 31 августа 2022 г. в 18:33 (GMT+3). Связаться с редакцией

Информация

Сигналы светофора

Области знаний: Теория информации и структур данных

Понятие сигнала.

Сигналом (от лат. signum — знак) называется физический процесс или явление, несущее сообщение о каком-либо событии, состоянии объекта, либо передающее команды управления, оповещения и т.д. Таким образом, сигнал является материальным носителем сообщения. Таким носителем может служить любой физический процесс (свет, электрическое поле, звуковые колебания и т.п.). В радиоэлектронике изучаются и используются в основном электрические сигналы. Сигналы как физические процессы наблюдаются с помощью различных приборов и устройств (осциллографом, вольтметров, приемников). Любая модель отражает ограниченное число наиболее существенных признаков реального физического сигнала. Несущественные признаки сигнала игнорируются для упрощения математического описания сигналов. Общим требованием к математической модели является максимальное приближение к реальному процессу при минимальной сложности модели. Функции, описывающие сигналы могут принимать вещественные и комплексные значения, поэтому часто говорят о вещественных и комплексных моделях сигналов.

Классификация сигналов. По возм-ти предсказания мгн. значений сигнала в любой момент времени разл-ют:

— Детерминированные сигналы, т.е. такие сигналы, для которых мгновенные значения для любого момента времени известны и предсказуемы с вероятностью равной единице;

— Случайные сигналы, т.е. такие сигналы, значение которых в любой момент времени невозможно предсказать с вероятностью равной единице.

Все сигналы, несущие информацию являются случайными, поскольку полностью детерминированный сигнал (известный) информации не содержит.

Простейшими примерами детерминированного и случайного сигналов являются напряжения сети и напряжения шума соответственно (см. рис.2.1).

В свою очередь случайные и детерминированные сигналы могут подразделяться на непрерывные или аналоговые сигналы и дискретные сигналы, имеющие несколько разновидностей. Если сигнал можно измерять (наблюдать) в любой момент времени, то его называют аналоговым. Такой сигнал существует в любой момент времени. Дискретные сигналы могут наблюдаться и измеряться в дискретные (отдельные) ограниченные по длительности к моменту появления отрезки времени. К дискретным сигналам относятся импульсные сигналы.

На рисунке показаны два вида импульсов. Видеоимпульс и радиоимпульс. При формировании радиоимпульсов видеоимпульс используется как управляющий (модулирующий) сигнал и в этом случае между ними существует аналитическая связь:

(2.1)

При этом называется огибающей радиоимпульса, а функция— его заполнением.

Импульсы принято характеризовать амплитудой A, длительностью , длительностью фронтаи срезаи при необходимости частотойили периодомповторения.

Импульсные сигналы могут быть самых различных видов. В частности различают импульсные сигналы называемые дискретными (см. рис.2.3).

Эта разновидность сигналов может быть представлена математической моделью в виде счетного множества значений функции — где i = 1, 2, 3, . k, отсчитываемых в дискретные моменты времени. Шаг дискретизации сигнала по времени и по амплитуде обычно величина постоянная для данного типа сигнала, т.е. минимальное приращение сигнала

;

Каждое из значений конечного множества S можно представить в двоичной системе исчисления в виде числа: — 10101;— 11001;— 10111. Такие сигналы называют цифровыми.

Классификация радиосистем и решаемых ими задач

По выполняемым функциям информационные радиосистемы могут быть разделены на следующие классы:

  1. передачи информации (радиосвязь, радиовещание, телевидение);
  2. извлечения информации (радиолокация, радионавигация, радиоастрономия, радиоизмерения и т.д.);
  3. разрушения информации (радиопротиводействие);
  4. управления различными процессами и объектами (беспилотные летательные аппараты и др.);
  5. комбинированные.

В системе передачи информации имеется источник информации и ее получатель. В радиосистеме извлечения информации информация как таковая не передается, а извлекается или из собственных сигналов, излученных в направлении на исследуемый объект и отраженных от него, или из сигналов других радиосистем, или из собственного радиоизлучения различных объектов. Радиосистемы разрушения информации служат для создания помех нормальной работе конкурирующей радиосистемы путем излучения мешающего сигнала, или приема, умышленного искажения и переизлучения сигнала. В радиосистемах управления решается задача выполнения объектом некоторой команды, посылаемой с пульта управления. Командные сигналы являются информацией для следящего устройства, выполняющего команду. Основными задачами, решаемыми радиосистемой при приеме информации, являются:

  1. Обнаружение сигнала на фоне помехи.
  2. Различение сигналов на фоне помехи.
  3. Оценка параметров сигнала.
  4. Воспроизведение сообщения.

Наиболее просто решается первая задача, в которой с заданными вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги следует принять решение о наличии известного сигнала в принятом сообщении. Чем выше уровень задачи, тем сложнее становится схема принимающего устройства. 2. Энергия, мощность, ортогональность и когерентность сигналов. Взаимная энергия сигналов (интеграл похожести). Понятие нормы сигнала.

Что такое сигнал

Сигнал – это некоторый физический процесс, параметры которого изменяются в соответствии с передаваемым сообщением. Пример – электрический сигнал, радиосигнал, как частный случай электромагнитного сигнала, акустический сигнал, оптический и т.д. В зависимости от того, в какой среде идет распространение сигнала. Сигнал – это материальный носитель информации.

Обычно сигнал, независимо от его физической природы, представляют, как некоторую функцию времени x(t). Такое представление есть общепринятая математическая абстракция физического сигнала.

Типы сигналов

  • Детерминированный, или регулярный – это сигнал, закон изменения которого известен и известны все его параметры.

Такой сигнал передает информацию? Информация уменьшает неопределенность. В детерминированном сигнале мы знаем все, мы знаем какой он будет через минуту, через год. Детерминированный сигнал информацию в себе никакую не несет. Например, сигнал с гетеродина, мы сами его сформировали, задали частоту, амплитуду, фазу.

  • Квазидетерминированный — это сигнал, закон изменения которого известен, но один или несколько параметров является случайной величиной.

Пример: x(t)=Asin(wt+j), где амплитуда А и j — случайная величина.

Например, мы знаем его частоту, но не знаем амплитуду и фазу — это квазидетерминированный сигнал, “квази”-почти, почти определенный сигнал. Информация вносит некоторую случайность. Если мы знаем амплитуду, частоту и фазу, значит информации там нет. Квазидетерминированный сигнал передает информацию, передача информации идет в тех параметрах, которые случайны, в нашем примере амплитуда и фаза случайные величины. Именно в этих величинах передается информация. Информация всегда несет в себе хаос, случайность. Все модулированные сигналы, ЧМ, ФМ это квазидетерминированные сигналы.

  • Случайным называют сигнал, мгновенные значения которого не известны, а могут быть лишь предсказаны с некоторой вероятностью.

Кроме этого все сигналы могут быть непрерывными (аналоговыми) и дискретными (цифровыми или импульсными).

О случайном сигнале мы можем судить о его вероятностных характеристиках. Мы можем знать его плотность вероятности, но какое значение примет сигнал через секунду, минуту мы не знаем. Когда мы работаем со случайным сигналом, мы всегда работаем с вероятностью.

Параметры сигналов

Какие параметры мы будем использовать? Это энергия за некоторый интервал времени T. X(t) это сам сигнал, чтобы определить энергию мы должны взять по модулю, возвести в квадрат, проинтегрировать на некотором промежутке времени и получим энергию.

Энергия сигнала

Средняя мощность за некоторое время t. Это энергия деленная на время.

Средняя мощность сигнала формула

Мгновенная мощность, если средняя мощность измеряется на некотором участке времени, то мгновенная измеряется в один, конкретный момент времени.

Мгновенная мощность сигнала

Средняя мощность измеряется на промежутке времени, а мгновенная в точке.

График средней и мгновенной мощности сигнала

Спектральная плотность энергии и мощности

Спектральная плотность сигнала характеризует распределение энергии или мощности сигнала по диапазону частот. Спектральная плотность энергии, это как у нас энергия распределяется по частотному диапазону. Вычисляется через преобразование Фурье.

Спектральная плотность мощности

И соответственно, СПМ это, как у нас распределяется мощность по частотному диапазону.

В формуле, модуль в квадрате это спектральная плотность энергии, поделили ее на время T и по определению, время T должно стремиться к бесконечности. Но на практике, никто не ждет бесконечности, все оценивают СПМ на некотором интервале времени.

СПМ это некоторая функция зависящая от частоты. По шкале СПМ возьмем 10 Вт/Гц, и окрестности в 1 Гц по частоте. То в полосе 1 Гц будет заключено 10 Вт мощности.

Спектральная плотность мощности сигнала

Есть два сигнала и представлены их спектральные плотности мощности. ВОПРОС. Мощность какого сигнала больше?

Сигналы s1 и s2

Мы должны определить площадь под кривой, проинтегрировать. S1=2*10=20 Вт, S2=1*30=30 Вт. В первом случае S1 имеет мощность 20 Вт, а во втором 30 Вт.

СПМ реального сигнала, отображаемая на спектральном анализаторе.

СПМ на анализаторе спектра

Современные анализаторы спектра могут считать автоматически площадь, вы включаете определение мощности, задаете частотный интервал в котором он должен измерить эту мощность и он сам вычисляет канальную мощность сигнала.

Ослабление

Сигнал ослабевает за счет рассеивания в пространстве. Например, у нас есть источник радиосигнала, всенаправленный и изотропный, т.е. он во все стороны излучает одинаково. Получается сферический фронт волны. На одном расстоянии r1 и на другом r2.

Ослабление сигнала

Пусть излучаемая мощность 100 Вт, все эти 100 ватт распределяются по всей сфере. Приемные антенны не большие, они охватывают только небольшой участок пространства. И количество мощности, проходящее через небольшой участок пространства, будет разный на расстоянии r1 и r2. Потому что плотность мощности на расстоянии r1 будет выше, чем на расстоянии r2.

Площадь сферы равна S=4pi*R^2. И эта формула фигурирует во всех формулах оценки дальности радиосвязи. Потому что радиоволна равномерно рассеивается в пространстве. И помимо того, что сигнал сам ослабевает по мере распространения в пространстве, электромагнитная волна проходит через некую среду, которую пытается нагреть и за счет этого теряет свою энергию.

Задержка распространения сигнала

Не смотря на то, что электромагнитная волна, это самое быстрое, что есть у нас во вселенной, тем не менее скорость распространения этой волны конечна. И поддается измерениям. Например, на 1 км задержка распространения ~3.3 мкс.

На что влияет задержка распространения? Обычно, мы точно не знаем расстояние между передатчиком и приемником с точность до микрон. И задержка распространения, которая нам неизвестна, мы не знаем расстояние и не знаем за какое время примем этот сигнал. И соответственно мы не знаем начальную фазу сигнала.

Доплеровский сдвиг частоты

Приняли сигнал с частотой, который отличается от той, которую мы передали. Это дало информацию о скорости объекта. Доплеровский сдвиг частоты появляется, когда у нас либо приемник, или передатчик, двигаются относительно друг друга. Либо двигается отражающая среда, передатчик излучил, радиосигнал отразился от какого-то объекта, если этот объект тоже двигается, то возникает доплеровский сдвиг частоты. Более подробно читайте полную статью “ Доплеровский сдвиг частоты ”.

Воздействие помех и шумов

И в эфире есть шумы и собственные шумы приемника. Про шумы подробнее в отдельной статье.

Замирания сигнала

Замирания сигнала это процесс, когда у сигнала, случайным образом скачет амплитуда и фаза. То больше амплитуда, то меньше. Выделяют:

  • Быстрые замирания (интерференционное замирание) — накладывание собственных копий сигнала от переотражений с разными фазами. Вызываются многолучевым распространением сигнала.

Когда есть источник, есть приемник, есть множество путей распространения радиоволны, одна волна может прийти прямой, другая переотраженной.

Например, одна волна прошла 100 км, другая 101 км, к чему это приводит? Если две электромагнитные волны проделали разный путь, то фазы у этих сигналов тоже будут разные. Соответственно, если сигналы сложились в противофазе, то сигналы друг друга подавили, если сложились в фазе, то друг друга усилили.

Сложение сигналов в противофазе

Из-за многолучевого распространения, каждый луч проделывает разное расстояние, это приводит к тому, что начальная фаза каждого луча отличается. И когда в приемнике эти сигналы складываются, они могут друг друга усиливать либо ослаблять. Это приводит к тому, что амплитуда результирующего сигнала постоянно изменяется, это и есть быстрые замирания.

  • Медленные замирания (затенение) – возникновение препятствий на пути следования радиоволны. Если радиоволна распространяется в пространстве и встречает препятствия, причем эти препятствия то появляются, то исчезают.

Медленные и быстрые замирания

На рисунке ниже представлен характер изменения амплитуды сигнала от времени. Сплошной линией показаны быстрые замирания, пунктирной медленные. Медленные замирания происходят из за затенения, быстрые из-за многолучевого распространения. Получается, что амплитуда постоянно скачет на десятки дБ.

Характер медленных и быстрых замираний

Межсимвольная интерференция

Возникает из-за многолучевого распространения.

Линейные искажения

Канал связи всегда имеет АЧХ и ФЧХ. Какие-то частоты он усиливает, какие-то ослабляет, фаза где-то поворачивается в одну сторону, где-то в другую это и есть линейные искажения.

Если мы хотим сделать модель канала связи, то чем больше этих параметров мы учтем, тем точнее будет эта модель.

Понятие о сигнале, классификация сигналов.

Сигнал (в теории информации и связи) — материальный носитель информации, используемый для передачи сообщений в системе связи.

Сигнал, детерминированный или случайный, описывают математической моделью, функцией, характеризующей изменение параметров сигнала.

В радиотехнике альтернативой сигналу, который несёт полезную информацию, является шум — обычно случайная функция времени, взаимодействующая (например, путём сложения) с сигналом и искажающая его.

Понятие сигнал позволяет абстрагироваться от конкретной физической величины, например тока, напряжения, акустической волны.

По физической природе носителя информации:

По способу задания сигнала:

▪ регулярные (детерминированные), заданные аналитической функцией;

▪ нерегулярные (случайные), принимающие произвольные значения в любой момент времени. Для описания таких сигналов используется аппарат теории вероятностей.

В зависимости от функции, описывающей параметры сигнала, выделяют аналоговые, дискретные, квантованные и цифровые сигналы:

▪ непрерывные (аналоговые), описываемые непрерывной функцией;

▪ дискретные, описываемые функцией отсчётов, взятых в определённые моменты времени;

▪ квантованные по уровню;

▪ дискретные сигналы, квантованные по уровню (цифровые).

Аналоговый сигнал (АС)

Большинство сигналов имеют аналоговую природу, то есть изменяются непрерывно во времени и могут принимать любые значения на некотором интервале. Аналоговые сигналы описываются некоторой математической функцией времени.

Пример АС — гармонический сигнал — s(t) = A·cos(ω·t + φ).

Аналоговые сигналы используются в измерительной технике, телефонии, радиовещании, телевидении. Ввести такой сигнал непосредственно в компьютер и обработать его невозможно, так как на любом интервале времени он имеет бесконечное множество значений, а для точного (без погрешности) представления его значения требуются числа бесконечной разрядности. Поэтому необходимо преобразовать аналоговый сигнал так, чтобы можно было представить его последовательностью чисел заданной разрядности.

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий