Основні характеристики сигналів. Складні сигнали Основні види радіотехнічних сигналів та їх характеристики

Головна / Налаштування

Класифікація сигналів

модулятор сигнал радіотехнічний спектр

Радіотехнічні сигналикласифікуються:

За фізичною природою носія інформації:

електричні;

електромагнітні;

оптичні;

акустичні та ін;

За способом завдання сигналу:

регулярні (детерміновані), задані аналітичною функцією;

нерегулярні (випадкові), що приймають довільні значення будь-якої миті часу. Для опису таких сигналів використовують апарат теорії ймовірностей.

Залежно від функції, що описує параметри сигналу, виділяють аналогові, дискретні, квантовані та цифрові сигнали:

безперервні (аналогові), що описуються безперервною функцією;

дискретні, що описуються функцією відліків, взятих у певні моменти часу;

квантовані за рівнем;

дискретні сигнали квантовані за рівнем (цифрові).

Види сигналів

Аналоговий сигнал:

Більшість сигналів мають аналогову природу, тобто змінюються безперервно у часі і можуть набувати будь-яких значень на деякому інтервалі. Аналогові сигнали описуються деякою математичною функцією часу.

Приклад АС - гармонійний сигнал - s(t) = A cos (щ t + ц).

Аналогові сигнали використовують у телефонії, радіомовленні, телебаченні. Ввести такий сигнал в комп'ютер і обробити його неможливо, тому що на будь-якому інтервалі часу він має безліч значень, а для точного (без похибки) подання його значення потрібні числа нескінченної розрядності. Тому необхідно перетворити аналоговий сигнал так, щоб можна було уявити його послідовністю чисел заданої розрядності.

Дискретний сигнал:

Дискретизація аналогового сигналу у тому, що сигнал представляється як послідовності значень, узятих у дискретні моменти часу. Ці значення називаються відліками. Дt називається інтервалом дискретизації.

Квантований сигнал:

При квантуванні вся область значень сигналу розбивається на рівні, кількість яких має бути представлена у числах заданої розрядності. Відстань між цими рівнями називається кроком квантування Д. Число цих рівнів дорівнює N (від 0 до N_1). Кожному рівню надається деяке число. Відліки сигналу порівнюються з рівнями квантування і як сигнал вибирається число, що відповідає деякому рівню квантування. Кожен рівень квантування кодується двійковим числом із n розрядами. Число рівнів квантування N та число розрядів n двійкових чисел, що кодують ці рівні, пов'язані співвідношенням n? log2 (N).

Цифровий сигнал:

Для того, щоб представити аналоговий сигнал послідовністю чисел кінцевої розрядності, його слід спочатку перетворити на дискретний сигнал, а потім квантування. Квантування є окремим випадком дискретизації, коли дискретизація відбувається за однаковою величиною званої квантом. В результаті сигнал буде представлений таким чином, що на кожному заданому проміжку часу відомо наближене значення сигналу, яке можна записати цілим числом. Якщо записати ці цілі числа в двійковій системі, вийде послідовність нулів і одиниць, яка буде цифровим сигналом.

Використання терміна «простий» сигнал, як радіоімпульс з простою формою огинаючої та високочастотним заповненням коливанням незмінної частоти є загальноприйнятим. Для простих сигналів добуток ширини спектра А/ тривалість At,тобто. база сигналу Б, рівна добутку смуги, займаної сигналом з його тривалість, є величину, близьку до «1»:

Зокрема, прямокутний імпульс із постійною частотою заповнення відноситься до класу простих сигналів, тому що для нього А/*« /х та; At = t b,і, отже, виконується умова (4.11).

Сигнали, котрим добуток їх тривалості на ширину спектра, тобто. база, що значно перевищує одиницю (Б >> 1), отримали назву «складних» (сигнали складної форми).

Для збільшення потенційної точності вимірювання дальності радіолокації необхідно використовувати сигнали з широким спектром. При обмеженні пікової потужності імпульсу для збереження дальності дії РТС доцільно розширювати спектр зондувального сигналу не за рахунок його укорочення, а за рахунок введення внутрішньо-імпульсної фазової або частотної модуляції, тобто. за рахунок переходу до складних сигналів.

Радіоімпульс з лінійною частотною модуляцією

У радіолокації широко використовують лінійно-частотно-модульовані (ЛЧМ) імпульсні сигнали, несуча частота яких може бути представлена у вигляді:

де/0 - початкове значення частоти; Д/д-девіація частоти; т і – тривалість імпульсу. Лінійному закону зміни частоти (4.12) відповідає квадратичний закон зміни фази ЛЧМ-сигналу:

У ЛЧМ-імпульсу з огинає прямокутної форми, представленого на рис. 4.9, комплексна огинаюча має вигляд:

Рис. 4.9.

Нормована функція неузгодженості має вигляд:

Ця функція описує рельєф тіла невизначеності прямокутного ЛЧМ-імпульсу, переріз якого вертикальною площиною Q = 0 - огинаюча ЛЧМ-імпульсу на виході узгодженого фільтра за відсутності розладу за частотою. Її графік подано на рис. 4.10 суцільною лінією. Для порівняння прямою лінією показана огинаюча прямокутного радіоімпульсу з постійною частотою заповнення та тривалістю т нна виході УФ. Як очевидно з цього малюнка, під час проходження ЛЧМ-импульса через СФ відбувається його стиск часу. Якщо на вході фільтра імпульс мав тривалість т,„ = т і, то на виході тривалість імпульсу становить х ош= т (1 ДО д 2,47г (За рівнем 0,5). Тоді коефіцієнт стиснення

Рис. 4.10.

Коефіцієнт стиснення прямо пропорційний девіації частоти. Оскільки тривалість імпульсу і девіацію частоти можна ставити незалежно друг від друга, вдається реалізувати великий коефіцієнт стискування.

Оскільки ДО л « ДО, ДО - ширина спектра ЛЧМ-імпульсу, коефіцієнт стиснення (15.15) виявляється практично рівним базі сигналу С & Б(це поширюється попри всі складні сигнали). Складний сигнал за допомогою УФ можна стиснути за тривалістю на величину, що дорівнює базі сигналу.

Пояснимо стиск ЛЧМ-сигналу в УФ. ЛЧМ-сигналу, зображеному на рис. 4.9 відповідає узгоджений фільтр з імпульсною харакгеристикою (рис. 4.11). Імпульсна характеристика загрожує відгук системи на вплив дельта-імпульсу. На виході фільтра, відповідно до процедури згортки впливу імпульсної реакції, спочатку з'являються складові більш високої частоти, а потім нижчою, тобто. складові високої частоти затримуються у фільтрі меншою мірою, ніж низькочастотні. Нижні частоти ЛЧМ-імпульсу надходять на вхід СФ раніше (див. рис. 4.9), але затримуються вони більшою мірою; вищі частотидіють пізніше, але затримуються менше. В результаті групи різних частот поєднуються і відбувається скорочення імпульсу.

Рис. 4.11.

Як фільтри використовуються лінії затримки (ЛЗ) на поверхневих акустичних хвилях (ПАР). На вході та виході ЛЗ вбудовані штирьові перетворювачі (ВШП) перетворюють енергію електричного поля в механічну і назад. Для різних частот різна довжина звуконровода і високочастотні складові наздоганяють низькочастотні. Тим самим реалізується стиск ЛЧМ-імпульсів.

Спільне дозвіл ЛЧМ-імпульсів за часом і частотою здійснити значно складніше, ніж дозвіл тих самих імпульсів але одному з параметрів (при відомому значенні іншого параметра). Це випливає із діаграми невизначеності ЛЧМ-радіоімпульсу (рис. 4.12). Рис – 41 2. Діаграма

^ невизначеності

Спільна роздільна здатність сигналів за часом ЛЧМ-імпульсу запізнювання і частоті можлива, якщо їх параметри лежать поза виділеною областю.

Питання до державного іспиту

за курсом «Цифрова обробка сигналів та сигнальні процесори»

(Корнєєв Д.А.)

Заочне навчання

Класифікація сигналів, енергія та потужність сигналів. Ряди Фур'є. Синусно-косинусна форма, речова форма, комплексна форма.

КЛАСИФІКАЦІЯ СИГНАЛІВ, ВИКОРИСТАНИХ У РАДІОТЕХНІЦІ

З інформаційної точки зору сигнали можна поділити на детермінованіі випадкові.

Детермінованимназивають будь-який сигнал, миттєве значення якого будь-якої миті часу можна передбачити з ймовірністю одиниця. Прикладами детермінованих сигналів можуть бути імпульси або пачки імпульсів, форма, амплітуда та положення в часі яких відомі, а також безперервний сигналіз заданими амплітудними та фазовими співвідношеннями всередині його спектру.

До випадковимвідносять сигнали, миттєві значення яких заздалегідь невідомі і можуть бути передбачені лише з деякою ймовірністю меншої одиниці. Такими сигналами є, наприклад, електрична напруга, відповідне мовлення, музику, послідовність знаків телеграфного коду при передачі неповторного тексту. До випадкових сигналів відноситься також послідовність радіоімпульсів на вході радіолокаційного приймача, коли амплітуди імпульсів і фази їх високочастотного заповнення флуктують через зміни умов поширення, положення мети та деяких інших причин. Можна навести велику кількість інших прикладів випадкових сигналів. По суті, будь-який сигнал, що несе у собі інформацію, повинен розглядатися як випадковий.

Перераховані вище детерміновані сигнали, «Повністю відомі», інформації вже не містять. Надалі такі сигнали часто позначатимуться терміном коливання.

Поряд із корисними випадковими сигналами в теорії та практиці доводиться мати справу з випадковими перешкодами – шумами. Рівень шумів є основним фактором, що обмежує швидкість передачі при заданому сигналі.

Аналоговий сигнал Дискретний сигнал

Квантований сигнал Цифровий сигнал

Рис. 1.2. Сигнали довільні за величиною та за часом (а), довільні за величиною та дискретні за часом (б), квантовані за величиною та безперервні за часом (в), квантовані за величиною та дискретні за часом (г)

Тим часом сигнали джерела повідомлень можуть бути як безперервні, так і дискретні (цифрові). У зв'язку з цим сигнали, що застосовуються в сучасній радіоелектроніці, можна розділити на наступні класи:

довільні за величиною та безперервні за часом (рис. 1.2, а);

довільні за величиною та дискретні за часом (рис. 1.2, б);

квантовані за величиною та безперервні за часом (рис. 1.2, в);

квантовані за величиною та дискретні за часом (рис. 1.2, г).

Сигнали першого класу (рис. 1.2 а) іноді називають аналоговими, Так як їх можна тлумачити як електричні моделі фізичних величин, або безперервними, тому що вони задаються по осі часу на безлічі точок. Такі множини називаються континуальними. При цьому по осі ординат сигнали можуть набувати будь-якого значення в певному інтервалі. Оскільки ці сигнали можуть мати розриви, як у рис. 1.2, а те щоб уникнути некоректності при описі, краще такі сигнали позначати терміном континуальний.

Отже, континуальний сигнал s(t) є функцією безперервної змінної t, а дискретний сигнал s(х) - функцією дискретної змінної х приймає тільки фіксовані значення . Дискретні сигналиможуть створюватися безпосередньо джерелом інформації (наприклад, дискретними датчиками в системах керування чи телеметрії) або утворюватися внаслідок дискретизації континуальних сигналів.

На рис. 1.2 б представлений сигнал, заданий при дискретних значеннях часу t (на рахунковій множині точок); величина сигналу в цих точках може приймати будь-яке значення в певному інтервалі по осі ординат (як і на рис. 1.2, а). Таким чином, термін дискретний характеризує не сам сигнал, а спосіб завдання його на тимчасовій осі.

Сигнал на мал. 1.2, заданий на всій тимчасовій осі, однак його величина може приймати лише дискретні значення. У подібних випадках говорять про сигнал, квантований за рівнем.

Надалі термін дискретний застосовуватиметься лише стосовно дискретизації за часом; дискретність за рівнем позначатиметься терміном квантування.

Квантування використовують при поданні сигналів у цифрової формиза допомогою цифрового кодування, оскільки рівні можна пронумерувати числами із кінцевим числом розрядів. Тому дискретний за часом і квантований за рівнем сигнал (рис. 1.2, г) надалі називатиметься цифровим.

Таким чином, можна розрізняти континуальні (рис. 1.2, а), дискретні (рис. 1.2, б), квантовані (рис. 1.2, в) та цифрові (рис. 1.2, г) сигнали.

Кожному з цих класів сигналів можна поставити у відповідність аналоговий, дискретний або цифровий ланцюги. Зв'язок між видом сигналу та видом ланцюга показано на функціональною схемою(Рис. 1.3).

При обробці континуального сигналу за допомогою аналогового ланцюга не потрібні додаткові перетворення сигналу. При обробці континуального сигналу за допомогою дискретного ланцюга необхідні два перетворення: дискретизація сигналу за часом на вході дискретного ланцюга і зворотне перетворення, тобто відновлення континуальної структури сигналу на виході дискретного ланцюга.

Для довільного сигналу s(t) = a(t)+jb(t)де а(t) і b(t) - речові функції, миттєва потужність сигналу (щільність розподілу енергії) визначається виразом:

w(t) = s(t)s*(t) = a 2 (t) + b 2 (t) = | s (t) | 2 .

Енергія сигналу дорівнює інтегралу потужності по всьому інтервалу існування сигналу. У межі:

Е s = w (t) dt = | s (t) | 2 dt.

По суті, миттєва потужність є щільністю потужності сигналу, оскільки вимірювання потужності можливі лише через енергію, що виділяється на певних інтервалах ненульової довжини:

w(t) = (1/Dt) | s (t) | 2 dt.

Сигнал s(t) вивчається, як правило, на певному інтервалі Т (для періодичних сигналів- у межах одного періоду Т), при цьому середня потужність сигналу:

W T (t) = (1/T) w(t) dt = (1/T) | s (t) | 2 dt.

Поняття середньої потужності може бути поширене і на сигнали, що незагасають, енергія яких нескінченно велика. У разі необмеженого інтервалу Т строго коректне визначення середньої потужності сигналу проводиться за формулою:

W s = w(t) dt.

Ідея про те, що будь-яка періодична функція може бути представлена у вигляді ряду гармонійно пов'язаних синусів та косінусів була запропонована бароном Жан Батістом Жозефом Фур'є (1768-1830).

Ряд Фур'єфункції f(x) представляється у вигляді

Глава 1 Елементи загальної теорії радіотехнічних сигналів

Термін «сигнал» часто зустрічається у науково-технічних питаннях, а й у повсякденному житті. Іноді, не замислюючись про строгість термінології, ми ототожнюємо такі поняття, як сигнал, повідомлення, інформація. Зазвичай це призводить до непорозумінь, оскільки слово «сигнал» походить від латинського терміна «signum» - «знак», має широкий смисловий діапазон.

Проте, приступаючи до систематичного вивчення теоретичної радіотехніки, слід наскільки можна уточнити змістовний сенс поняття «сигнал». Відповідно до прийнятої традицією сигналом називають процес зміни у часі фізичного стану будь-якого об'єкта, що служить для відображення, реєстрації та передачі повідомлень. У практиці людської діяльності повідомлення нерозривно пов'язані із укладеною у яких інформацією.

Коло питань, що базуються на поняттях «повідомлення» та «інформація», дуже широке. Він є об'єктом пильної уваги інженерів, математиків, лінгвістів, філософів. У 40-х роках К. Шеннон завершив початковий етап розробки глибокого наукового напряму - теорії інформації.

Слід сказати, що згадані тут проблеми, як правило, далеко виходять за межі курсу «Радіотехнічні ланцюги та сигнали». Тому в цій книзі не викладатиметься зв'язок, який існує між фізичним виглядом сигналу та змістом укладеного в ньому повідомлення. Тим більше не обговорюватиметься питання про цінність інформації, укладеної в повідомленні та, зрештою, у сигналі.

1.1. Класифікація радіотехнічних сигналів

Приступаючи до вивчення будь-яких нових об'єктів чи явищ, у науці завжди прагнуть провести їхню попередню класифікацію. Нижче така спроба здійснена стосовно сигналів.

Основна мета - вироблення критеріїв класифікації, а також, що дуже важливо для подальшого встановлення певної термінології.

Опис сигналів за допомогою математичних моделей.

Сигнали як фізичні процеси можна вивчати за допомогою різних приладів та пристроїв – електронних осцилографів, вольтметрів, приймачів. Такий емпіричний метод має значний недолік. Явлення, що спостерігаються експериментатором, завжди виступають як приватні, поодинокі прояви, позбавлені тієї міри узагальненості, яка б судити про їхні фундаментальні властивості, передбачати результати в умовах, що змінилися.

Для того щоб зробити сигнали об'єктами теоретичного вивчення та розрахунків, - слід вказати спосіб їх математичного опису або, говорячи мовою сучасної науки, створити математичну модель досліджуваного сигналу.

Математичною моделлю сигналу може бути, наприклад, функціональна залежність, аргументом якої є час. Як правило, надалі такі математичні моделі сигналів позначатимуться символами латинського алфавіту s(t), u(t), f(t) і т.д.

Створення моделі (у даному випадку фізичного сигналу) - перший суттєвий крок на шляху систематичного вивчення якості явища. Насамперед математична модель дозволяє абстрагуватися від конкретної природи носія сигналу. У радіотехніці та сама математична модель з рівним успіхом описує струм, напруга, напруженість електромагнітного поля тощо.

Істотна сторона абстрактного методу, що базується на понятті математичної моделі, полягає в тому, що ми отримуємо можливість описувати ті властивості сигналів, які об'єктивно виступають як визначально важливі. При цьому ігнорується велика кількість другорядних ознак. Наприклад, у переважній більшості випадків дуже важко підібрати точні функціональні залежності, які відповідали б електричним коливанням, що спостерігаються експериментально. Тому дослідник, керуючись всією сукупністю доступних йому відомостей, вибирає з наявного арсеналу математичних моделей сигналів ті, які у конкретній ситуації найкращим і найпростішим чином описують фізичний процес. Отже, вибір моделі – процес значною мірою творчий.

Функції, що описують сигнали, можуть набувати як речові, так і комплексні значення. Тому надалі часто говоритимемо про речові та комплексні сигнали. Використання того чи іншого принципу – справа математичної зручності.

Знаючи математичні моделі сигналів, можна порівнювати ці сигнали між собою, встановлювати їх тотожність та відмінність, проводити класифікацію.

Одновимірні та багатовимірні сигнали.

Типовим для радіотехніки сигналом є напруга на затискачі будь-якого ланцюга або струм у гілки.

Такий сигнал, який описується однією функцією часу, прийнято називати одновимірним. У цій книзі найчастіше вивчатимуться одновимірні сигнали. Однак іноді зручно вводити на розгляд багатовимірні, або векторні сигнали виду.

утворені деякою кількістю одновимірних сигналів. Ціле число N називають розмірністю такого сигналу (термінологія запозичена з лінійної алгебри).

Багатовимірним сигналом служить, наприклад, система напруги на затискачах багатополюсника.

Зазначимо, що багатовимірний сигнал – упорядкована сукупність одновимірних сигналів. Тому в загальному випадку сигнали з різним порядком прямування компонентів не рівні один одному:

Багатомірні моделі сигналів особливо корисні у випадках, коли функціонування складних систем аналізується з допомогою ЕОМ.

Детерміновані та випадкові сигнали.

Інший принцип класифікації радіотехнічних сигналів ґрунтується на можливості або неможливості точного передбачення їх миттєвих значень у будь-які моменти часу.

Якщо математична модель сигналу дозволяє здійснити таке передбачення, сигнал називається детермінованим. Способи його завдання можуть бути різноманітними – математична формула, обчислювальний алгоритм, нарешті, словесний опис.

Строго кажучи, детермінованих сигналів, як і відповідних їм детермінованих процесів, немає. Неминуча взаємодія системи з фізичними об'єктами, що оточують її, наявність хаотичних теплових флуктуацій і просто неповнота знань про початковий стан системи - все це змушує розглядати реальні сигнали як випадкові функції часу.

У радіотехніці випадкові сигнали часто проявляють себе як перешкоди, що перешкоджають вилученню інформації з прийнятого коливання. Проблема боротьби з перешкодами, підвищення стійкості до перешкод радіоприймання - одна з центральних проблем радіотехніки.

Може здатися, що поняття «випадковий сигнал» є суперечливим. Однак це не так. Наприклад, сигнал на виході приймача радіотелескопа, спрямованого на джерело космічного випромінювання, є хаотичні коливання, що несуть, проте, різноманітну інформацію про природний об'єкт.

Між детермінованими та випадковими сигналами немає непереборного кордону.

Дуже часто в умовах, коли рівень перешкод значно менший за рівень корисного сигналу з відомою формою, більш проста детермінована модель виявляється цілком адекватною поставленій задачі.

Методи статистичної радіотехніки, розвинені в останні десятиліття для аналізу властивостей випадкових сигналів, мають багато специфічних рис і базуються на математичному апараті теорії ймовірностей та теорії випадкових процесів. Цьому колу питань буде повністю присвячено низку розділів цієї книги.

Імпульсні сигнали.

Дуже важливий для радіотехніки клас сигналів є імпульси, тобто коливання, що існують лише в межах кінцевого відрізка часу. При цьому розрізняють відеоімпульси (рис. 1.1 а) і радіоімпульси (рис. 1.1 б). Відмінність між цими двома основними видами імпульсів ось у чому. Якщо - відеоімпульс, то відповідний радіоімпульс (частота і початкова довільні). При цьому функція називається огинаючої радіоімпульсу, а функція - його заповненням.

Рис. 1.1. Імпульсні сигнали та їх характеристики: а - відеоімпульс; б - радіоімпульс; в - визначення числових параметрів імпульсу

У технічних розрахунках замість повної математичної моделі, яка враховує подробиці тонкої структури імпульсу, часто користуються числовими параметрами, що дають спрощене уявлення про його форму. Так, для відеоімпульсу, близького до форми до трапеції (рис. 1.1, в), прийнято визначати його амплітуду (висоту) А. З часових параметрів вказують тривалість імпульсу тривалість фронту і тривалість зрізу

У радіотехніці мають справу з імпульсами напруги, амплітуди яких лежать у межах від часток мікровольта до кількох кіловольт, а тривалості досягають часток наносекунди.

Аналогові, дискретні та цифрові сигнали.

Закінчуючи короткий оглядпринципів класифікації радіотехнічних сигналів, зазначимо таке. Часто фізичний процес, що породжує сигнал, розвивається в часі таким чином, що значення сигналу можна вимірювати. будь-які моменти часу. Сигнали цього класу прийнято називати аналоговими (континуальними).

Термін «аналоговий сигнал» підкреслює, що такий сигнал «аналогічний», повністю подібний до фізичного процесу, що його породжує.

Одновимірний аналоговий сигнал наочно представляється своїм графіком (осцилограмою), який може бути безперервним, так і з точками розриву.

Спочатку радіотехніці використовувалися сигнали виключно аналогового типу. Такі сигнали дозволяли успішно вирішувати щодо нескладні технічні завдання (радіозв'язок, телебачення тощо. буд.). Аналогові сигнали було просто генерувати, приймати та обробляти за допомогою доступних у ті роки засобів.

Збільшені вимоги до радіотехнічним системам, Різноманітність застосувань змусили шукати нові принципи їх побудови. На зміну аналоговим у ряді випадків прийшли імпульсні системи, робота яких ґрунтується на використанні дискретних сигналів. Найпростіша математична модель дискретного сигналу - це численне безліч точок - ціле число) на осі часу, у кожній з яких визначено відлікове значення сигналу. Як правило, крок дискретизації кожного сигналу постійний.

Одна з переваг дискретних сигналів у порівнянні з аналоговими – відсутність необхідності відтворювати сигнал безперервно у всі моменти часу. За рахунок цього з'являється можливість однієї і тієї ж радіолінії передавати повідомлення від різних джерел, організуючи багатоканальний зв'язок з поділом каналів за часом.

Інтуїтивно ясно, що аналогові сигнали, що швидко змінюються в часі, для їх дискретизації вимагають малого кроку . У гол. 5 це фундаментально важливе питання буде детально досліджено.

Особливим різновидом дискретних сигналів є цифрові сигнали. Їх характерно те, що отсчетные значення представлені у вигляді чисел. З міркувань технічних зручностей реалізації та обробки зазвичай використовують двійкові числаз обмеженим і, як правило, не надто великою кількістю розрядів. Останнім часом намітилася тенденція широкого впровадження систем із цифровими сигналами. Це пов'язано із значними успіхами, досягнутими мікроелектронікою та інтегральною схемотехнікою.

Слід мати на увазі, що по суті будь-який дискретний або цифровий сигнал (мова йде про сигнал - фізичний процес, а не про математичну модель) є аналоговим сигналом. Так, аналоговому сигналу, що повільно змінюється в часі, можна зіставити його дискретний образ, що має вигляд послідовності прямокутних відеоімпульсів однакової тривалості (рис. 1.2, а); висота етнх імпульсів пропорційна значенням у відлікових точках. Однак можна надійти і по іншому, зберігаючи висоту імпульсів постійної, але змінюючи їх тривалість відповідно до поточних відлікових значень (рис. 1.2, б).

Рис. 1.2. Дискретизація аналогового сигналу: а – при змінній амплітуді; б - при змінній тривалості відлікових імпульсів

Обидва представлені тут сцособа дискретизації аналогового сигналу стають еквівалентними, якщо покласти, що значення аналогового сигналу в точках дискретизації пропорційні площі окремих відеоімпульсів.

Фіксування відлікових значень у вигляді чисел здійснюється шляхом відображення останніх у вигляді послідовності відеоімпульсів. Двійкова система числення ідеально пристосована для цієї процедури. Можна, наприклад, зіставити одиниці високий, а нулю - низький рівень потенціалу, f Дискретні сигнали та їх властивості детально вивчатимуться в гол. 15.

З інформаційної точки зору сигнали можна поділити на детерміновані та випадкові.

Детермінованим називають будь-який сигнал, миттєве значення якого будь-якої миті часу можна передбачити з ймовірністю одиниця. Прикладами детермінованих сигналів можуть бути імпульси або пачки імпульсів, форма, амплітуда і положення в часі яких відомі, а також безперервний сигнал із заданими амплітудними та фазовими співвідношеннями всередині його спектра.

До випадкових відносять сигнали, миттєві значення яких заздалегідь невідомі і можуть бути передбачені лише з деякою ймовірністю меншої одиниці. Такими сигналами є, наприклад, електрична напруга, що відповідає мовленню, музиці, послідовності знаків телеграфного коду при передачі неповторного тексту. До випадкових сигналів відноситься також послідовність радіоімпульсів на вході радіолокаційного приймача, коли амплітуди імпульсів і фази їх високочастотного заповнення флуктують через зміни умов поширення, положення мети та деяких інших причин. Можна навести велику кількість інших прикладів випадкових сигналів. По суті, будь-який сигнал, що несе у собі інформацію, повинен розглядатися як випадковий.

Перераховані вище детерміновані сигнали, «відомі», інформації вже не містять. Надалі такі сигнали часто позначатимуться терміном коливання.

Тому вивчення випадкових сигналів невіддільне вивчення шумів. Корисні випадкові сигнали, а також перешкоди часто поєднують терміном випадкові коливання чи випадкові процеси.

Подальший підрозділ сигналів можна пов'язати з їх природою: можна говорити про сигнал як про фізичний процес або як про закодовані, наприклад, двійковий код, Числах.

У першому випадку під сигналом розуміють якусь змінюється в часі електричну величину (напруга, струм, заряд і т. д.), певним чином пов'язану з повідомленням, що передається.

У другому випадку те саме повідомлення міститься в послідовності двійково-кодованих чисел.

Сигнали, що формуються в пристроях радіопередаючих і випромінювані в простір, а також що надходять у приймальний пристрій, де вони піддаються посиленню і деяким перетворенням, є фізичними процесами.

У попередньому параграфі вказувалося, що передачі повідомлень на відстань використовуються модульовані коливання. У зв'язку з цим сигнали в каналі радіозв'язку часто поділяють на сигнали, що управляють, і на радіосигнали; під першими розуміють модулюючі, а під другими - модульовані коливання.

Обробка сигналів як фізичних процесів здійснюється з допомогою аналогових електронних ланцюгів (підсилювачів, фільтрів тощо. буд.).

Обробка сигналів, закодованих цифру, здійснюється за допомогою обчислювальної техніки.

Подана на рис. 1.1 та описана в § 1.2 структурна схемаканалу зв'язку не містить вказівок про вид використовуваного для передачі повідомлення сигналу та структуру окремих пристроїв.

Тим часом, сигнали від джерела повідомлень, а також після детектора (рис. 1.1) можуть бути як безперервні, так і дискретні (цифрові). У зв'язку з цим сигнали, що застосовуються в сучасній радіоелектроніці, можна розділити на наступні класи:

довільні за величиною та безперервні за часом (рис. 1.2, а);

довільні за величиною та дискретні за часом (рис. 1.2, б);

квантовані за величиною та безперервні за часом (рис. 1.2, в);

квантовані за величиною та дискретні за часом (рис. 1.2, г).

Сигнали першого класу (рис. 1.2, а) іноді називають аналоговими, тому що їх можна тлумачити як електричні моделі фізичних величин, або безперервними, оскільки вони задаються по осі часу на безлічі точок. Так і? множини називаються континуальними. При цьому по осі ординат сигнали можуть набувати будь-якого значення в певному інтервалі. Оскільки ці сигнали можуть мати розриви, як у рис. 1.2, а те щоб уникнути некоректності при описі, краще такі сигнали позначати терміном континуальний.

Отже, континуальний сигнал s(t) є функцією безперервної змінної t, а дискретний сигнал s(х) - функцією дискретної змінної х приймає тільки фіксовані значення . Дискретні сигнали можуть створюватися безпосередньо джерелом інформації (наприклад, дискретними датчиками в системах керування чи телеметрії) або утворюватися внаслідок дискретизації континуальних сигналів.

Квантування використовують при поданні сигналів у цифровій формі за допомогою цифрового кодування, оскільки рівні можна пронумерувати числами з кінцевим числом розрядів. Тому дискретний за часом і квантований за рівнем сигнал (рис. 1.2, г) надалі називатиметься цифровим.

Рис. 1.3. Види сигналу та відповідні їм ланцюги

Нарешті, при цифровій обробці континуального сигналу потрібні ще два додаткові перетворення: аналог-цифра, тобто квантування та цифрове кодуванняна вході цифрового кола, і зворотне перетворення цифра-аналог, т. е. декодування на виході цифрового кола.

Процедура дискретизації сигналу і особливо перетворення аналог-цифра вимагають дуже високої швидкодії відповідних електронних пристроїв. Ці вимоги зростають із підвищенням частоти континуального сигналу. Тому цифрова техніка набула найбільшого поширення при обробці сигналів щодо низьких частотах(звукових та відеочастотах). Однак досягнення мікроелектроніки сприяють швидкому підвищенню верхньої межі частот, що обробляються.