Аналогова стойност– стойност, чиито стойности в даден интервал се променят непрекъснато. Конкретната му стойност зависи само от точността на инструмента, който извършва измерванията. Това е например температурата.
дискретна стойносте величина, чиито стойности се променят рязко. Например броят на учениците в класната стая. Измервателен сигнал - сигнал, съдържащ количествена информация за измерваната физична величина. Например напрежението на изхода на термоелектрически преобразувател, който измерва температурата.
Сигнал за данни- форма на представяне на съобщение с данни, използвайки физическа величина, чиято промяна на един или повече параметри отразява нейната промяна.
В микропроцесорната техника сигналите са електрически величини (ток, напрежение). Представяне на параметър на сигнал за данни - параметър на сигнал за данни, чиято промяна отразява промяна в съобщението за данни (амплитуда, честота, фаза, продължителност на импулса, продължителност на паузата).
е сигнал за данни, в който всеки от представящите параметри е описан от функция на времето и непрекъснат набор от възможни стойности, т.е. аналоговите сигнали се описват от непрекъсната (или частично непрекъсната) функция x a (t), а самата функция и аргументът t могат да приемат всякакви стойности на някои интервали
Казва се, че аналогов сигнал f(t) е периодичен, ако съществува реално число T, такова че f(t + T) = f(t) за всяко t, като T се нарича период на сигнала.
Дискретен сигнал за данни– се различава от аналоговите по това, че стойностите му са известни само в отделни времена. Дискретните сигнали се описват чрез решетъчни функции – последователности – x d (nT), където T = const – интервал на дискретизация (период), n = 0, 1, 2, … .
Самата функция x d (nT) може в дискретни моменти да приема произволни стойности на определен интервал. Тези функционални стойности се наричат проби или функционални проби. Друго обозначение за решетъчната функция x(nT) е x(n) или xn. Последователността x(n) може да бъде крайна или безкрайна, в зависимост от интервала на дефиницията на функцията.
Квантуван сигнал за данни- се различава от аналоговите или дискретните чрез разделяне на диапазона от стойности на непрекъснати или дискретно количествоза краен брой интервали. Най-простият вид квантуване е разделянето на цяло число на естествено число, наречено фактор на квантуване.
Цифров сигнал за данние сигнал, в който всеки от представящите параметри е описан от дискретна времева функция и краен набор от възможни стойности. Цифровите сигнали се описват чрез квантувани решетъчни функции x q (nT). Когато се получи цифров сигнал от аналогов сигнал, се получава дискретизация и квантуване.
Двоичен цифров сигнал- сигнал за данни, който използва метод за представяне на информация за стойността на параметър под формата на многобитова комбинация от две стойности - нула и една - и обикновено се нарича двоичен код.
Модулация- процесът на промяна на един или повече параметри на високочестотно носещо трептене според закона на нискочестотен информационен сигнал (съобщение).
В днешно време двоичните цифрови сигнали, поради лекотата на кодиране и обработка, се използват в цифровите електронни устройства. За предаване на цифров сигнал по комуникационни канали (например електрически или радио канали) се използват различни видове модулация.
Разгледайте примери за представяне на параметри на сигнали за данни, като използвате примера различни видовемодулация (виж фиг. 1). В допълнение към разгледаните видове модулация, има и фазова (PM), времеимпулсна (TIM) и други модулации.
Ориз. 1. Различни видове модулация на сигнала - различни представящи параметри на сигнали за данни
За да разберете същността на цифровия сигнал, разгледайте следната класификация. В цифровата технология се разграничават сигналите (фиг. 2):
произволни по големина и непрекъснати във времето (аналогови);
произволни по големина и дискретни по време (дискретни);
квантувани по големина и непрекъснати във времето (квантувани);
квантувани по величина и дискретни по време (цифрови).
Ориз. 2. Аналогови, дискретни, квантувани и цифрови сигнали
Аналоговите сигнали често се използват за представяне на непрекъснато променящи се физически величини. Например взет аналогов електрически сигнал носи информация за промяна на температурата, сигнал от микрофон - за бързи промени в налягането в звукова вълна и т.н.
В областта на цифровата и импулсна техника терминологията не е установена. И така, дискретният сигнал е сигнал, чиито стойности на представящия параметър са известни само в определени моменти от времето, и също така е сигнал, за разлика от аналоговия, чийто представящ параметър може да приема само фиксирани стойности (обикновено две: логическа "нула" или логическа "единица").
Във втория случай би било правилно сигналът да се нарече квантован, но индустриалните модули се наричат "модули за вход на дискретни сигнали". В допълнение към използването на различни физически величини за предаване на информация, сигналите също се различават по своите представящи параметри.
от типове (видове) сигналисе открояват следните:
- аналогов
- дигитален
- отделен
аналогов сигнал
аналогов сигнале естествено. Може да се фиксира с помощта на различни видове сензори. Например сензори за околната среда (налягане, влажност) или механични сензори (ускорение, скорост). Аналогови сигналив математиката се описват с непрекъснати функции. Електрическото напрежение се описва с помощта на права линия, т.е. е аналогов.
цифров сигнал
Дигиталенсигналите са изкуствени, т.е. те могат да бъдат получени само чрез преобразуване на аналогов електрически сигнал.
Процесът на последователно преобразуване на непрекъснат аналогов сигнал се нарича семплиране. Дискретизацията е два вида:
- по време
- по амплитуда
Времевата дискретизация обикновено се нарича операция за вземане на проби. И дискретизация по амплитуда на сигнала - квантуване по ниво.
Най-вече цифрови сигналиса светлинни или електрически импулси. Цифровият сигнал използва цялата зададена честота (честотна лента). Този сигнал все още остава аналогов, само след преобразуване той е надарен с числени свойства. И можете да приложите числени методи и свойства към него.
дискретен сигнал
дискретен сигнале същото преобразувано аналогов сигнал, само че не е непременно ниво квантовано.
Това е основната информация за типове (видове) сигнали.
Аналогови, дискретни и цифрови сигнали
Една от тенденциите на развитие модерни системикомуникацията е широкото използване на дискретно-аналогова и цифрова обработка на сигнали (DAO и DSP).
Аналоговият сигнал Z'(t), първоначално използван в радиотехниката, може да бъде представен като непрекъсната графика (фиг. 2.10а). Аналоговите сигнали включват AM, FM, FM сигнали, телеметрични сензорни сигнали и т.н. Устройствата, които обработват аналогови сигнали, се наричат устройства за аналогова обработка. Такива устройства включват честотни преобразуватели, различни усилватели, LC филтри и др.
Оптималното приемане на аналогови сигнали, като правило, осигурява оптимален линеен алгоритъм за филтриране, което е особено важно при използване на сложни шумоподобни сигнали. Но в този случай изграждането на съгласуван филтър е много трудно. Когато се използват съгласувани филтри, базирани на линии за закъснение с много кранове (магнитострикционни, кварцови и др.), се получават големи затихвания, размери и нестабилност на забавянето. Филтрите, базирани на повърхностни акустични вълни (ПАВ), са обещаващи, но кратката продължителност на обработваните в тях сигнали и сложността на настройка на параметрите на филтъра ограничават тяхното приложение.
През 40-те години на миналия век аналоговите ВЕИ са заменени от устройства за дискретна обработка на аналогови входни процеси. Тези устройства осигуряват дискретно-аналогова обработка (DAP) на сигнали и имат големи възможности. Тук сигналът е дискретен във времето, непрекъснат в състояния. Такъв сигнал Z'(kT) е поредица от импулси с амплитуди, равни на стойностите на аналоговия сигнал Z'(t) в дискретни времена t=kT, където k=0,1,2,… са цели числа. Преходът от непрекъснат сигнал Z'(t) към поредица от импулси Z'(kT) се нарича дискретизация по време.
Илюстрация 2.10 Аналогови, дискретни и цифрови сигнали
Фигура 2.11 Извадка от аналогов сигнал
Аналоговият сигнал може да бъде дискретизиран във времето чрез каскадата на съвпаденията “И” (фиг. 2.11), на входа на която действа аналоговият сигнал Z’(t). Каскадата на съвпаденията се управлява от тактовото напрежение UT(t) - кратки импулси с продължителност t и следващи през интервали T>> t.
Интервалът на дискретизация T се избира в съответствие с теоремата на Котелников T=1/2Fmax, където Fmax е максималната честота в спектъра на аналоговия сигнал. Честотата fd = 1/T се нарича честота на дискретизация, а наборът от стойности на сигнала при 0, T, 2T, ... се нарича сигнал с амплитудно-импулсна модулация (AIM).
До края на 50-те години AIM сигналите се използват само за преобразуване на речеви сигнали. За предаване по радиорелеен канал AIM сигналът се преобразува в импулсно-фазова модулация (PPM) сигнал. В този случай амплитудата на импулсите е постоянна и информацията за речевото съобщение се съдържа в отклонението (фазата) Dt на импулса спрямо някаква средна позиция. Използвайки къси импулси на един сигнал и поставяйки импулси на други сигнали между тях, се получава многоканална комуникация (но не повече от 60 канала).
Понастоящем DAO се развива интензивно въз основа на използването на "пожарни вериги" (FC) и устройства със зарядна връзка (CCD).
В началото на 70-те години в комуникационните мрежи на различни страни и СССР започнаха да се появяват системи с импулсно-кодова модулация (PCM), където се използват цифрови сигнали.
PCM процесът е преобразуване на аналогов сигнал в числа, състои се от три операции: времева дискретизация на интервали T (фиг. 2.10, b), квантуване на ниво (фиг. 2.10, c) и кодиране (фиг. 2.10, e). Операцията за дискретизация на времето беше обсъдена по-горе. Операцията на квантуване на ниво е, че поредицата от импулси, чиито амплитуди съответстват на стойностите на аналоговия 3 сигнал в дискретни времена, се заменя с поредица от импулси, чиито амплитуди могат да приемат само ограничен брой фиксирани стойности . Тази операция води до грешка при квантуване (фиг. 2.10, d).
Сигналът ZKB'(kT) е дискретен сигнал както по време, така и по състояния. Възможните стойности u0, u1,…,uN-1 на сигнала Z'(kT) от приемащата страна са известни, следователно не стойностите uk, че сигналът, получен в интервала T, се предават, а само неговия номер на ниво k. От приемащата страна стойността uk се възстановява с помощта на полученото число k. В този случай поредици от числа в двоична системацифрите са кодови думи.
Процесът на кодиране се състои в преобразуване на квантования сигнал Z'(kT) в последователност от кодови думи (x(kT)). На фиг. 2.10, e кодовите думи са показани като последователност от двоични кодови комбинации, използващи три цифри.
Разглежданите PCM операции се използват в RPU с DSP, докато PCM е необходим не само за аналогови сигнали, но и за цифрови.
Ще покажем необходимостта от PCM при получаване на цифрови сигнали по радиоканал. Така че, при предаване в декаметровия диапазон, елементът xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxa на цифровия сигнал xi(kT) (i=0.1), отразяващ n-тия елемент на кода, очаквания сигнал на входа на RPU заедно с адитивния шум ξ( t) може да се представи като:
z / i (t)= µx(kT) + ξ(t) , (2.2)
при (0 ≤ t ≥ TE),
където μ е коефициентът на предаване на канала, TE е времето на продължителност на сигналния елемент. От (2.2) се вижда, че шумът на входа на RPU образува набор от сигнали, представляващи аналогово трептене.
Примери за цифрови схеми са логически елементи, регистри, тригери, броячи, устройства за съхранение и др. Според броя на възлите на IC и LSI, RPU с DSP се разделят на две групи:
1. Аналогово-цифрови RPU, които имат отделни възли, внедрени в IC: честотен синтезатор, филтри, демодулатор, AGC и др.
2. Цифрови радиоприемници (CRPU), в които сигналът се обработва след аналогово-цифров преобразувател (ADC).
На фиг. 2.12 показва елементите на основния (информационен канал) CRPA на декаметровия обхват: аналоговата част на приемащия път (ACFT), ADC (състоящ се от семплер, квантизатор и енкодер), цифровата част на приемащия път ( TsChPT), цифрово-аналогов преобразувател (DAC) и нискочестотен филтър за честоти (LPF). Двойните линии показват предаването на цифрови сигнали (кодове), а единичните линии показват предаването на аналогови и AIM сигнали.
Фигура 2.12 Елементи на основния (информационен канал) CRPU на декаметровия диапазон
AFFT извършва предварителна честотна селективност, значително усилване и преобразуване на честотата на Z'(T) сигнала. АЦП преобразува аналоговия сигнал Z'(T) в цифров x(kT) (фиг. 2.10,e).
В CCPT по правило се извършва допълнително честотно преобразуване, селективност (в цифровия филтър - основната селективност) и цифрова демодулация на аналогови и дискретни съобщения (честотна, относителна фазова и амплитудна телеграфия). На изхода на CCHPT получаваме цифров сигнал y (kT) (фиг. 2.10, д). Този сигнал, обработен по зададен алгоритъм, се подава от изхода на CCHPT към DAC или към запаметяващото устройство на компютъра (при получаване на данни).
В последователно свързани ЦАП и LPF, цифровият сигнал y(kT) първо се преобразува в сигнал y(t), непрекъснат във времето и дискретен по състояния, и след това в yФ(t), който е непрекъснат по време и състояния ( Фиг. 2.10, g, h).
От многото методи за цифрова обработка на сигнали в CRPD най-важните са цифрово филтриранеи демодулация. Разгледайте алгоритмите и структурата на цифровия филтър (DF) и цифровия демодулатор (DDM).
Цифровият филтър е дискретна система (физическо устройство или компютърна програма). При него последователността от числени проби (x(kT)) на входния сигнал се преобразува в последователност (y(kT)) на изходния сигнал.
Основните цифрови филтърни алгоритми са: линейно диференциално уравнение, дискретно уравнение на навивка, оператор Функция на предаванев z-равнината и честотната характеристика.
Уравненията, които описват последователностите от числа (импулси) на входа и изхода на цифровия филтър (дискретна система със закъснение), се наричат линейни диференциални уравнения.
Уравнението на линейната разлика на рекурсивния цифров филтър има формата:
, (2.3)
където x[(k-m)T] и y[(k-n)T] са стойностите на входните и изходните последователности на числените проби в моментите (k-m)T и (k-n)T, съответно; m и n са съответно броят на забавените сумирани предишни входни и изходни числени проби;
a0, a1, …, am и b1, b2, …, bn са реални тегловни коефициенти.
В (3) първият член е линейно диференциално уравнение на нерекурсивен цифров филтър. Уравнението на дискретната конволюция на цифровия филтър се получава от нерекурсивен цифров филтър с линейна разлика чрез замяна на al в него с h(lT):
, (2.4)
където h(lT) – импулсна реакция CF, което е отговор на единичен импулс.
Трансферната функция на оператора е съотношението на преобразуваните по Лаплас функции на изхода и входа на цифровия филтър:
, (2.5)
Тази функция се получава директно от диференциалните уравнения чрез прилагане на дискретното преобразуване на Лаплас и теоремата за изместване.
Дискретното преобразуване на Лаплас, например, на последователността (x(kT)) се разбира като получаване на L - образ на формата
, (2.6)
където p=s+jw е комплексният оператор на Лаплас.
Теоремата за изместване (изместване), приложена към дискретни функции, може да бъде формулирана: изместването на независимата променлива на оригинала във времето с ±mT съответства на умножението на L-образа по . Например,
Отчитане на свойствата на линейността дискретна трансформацияЛаплас и теоремата за изместване, изходната последователност от числа на нерекурсивен цифров филтър ще приеме формата
, (2.8)
Тогава операторната трансферна функция на нерекурсивния цифров филтър:
, (2.9)
Фигура 2.13
По същия начин, като вземем предвид формула (2.3), получаваме операторната трансферна функция на рекурсивния цифров филтър:
, (2.10)
Формулите за операторни предавателни функции имат сложна форма. Поради това възникват големи трудности при изследването на полета и полюси (корените на полинома на числителя на фиг. 2.13 и корените на полинома на знаменателя), които в p-равнината имат честотно-периодична структура.
Анализът и синтезът на цифровия филтър се опростяват при прилагане на z-трансформацията, когато преминават към нова комплексна променлива z, свързана с p чрез отношението z=epT или z-1=e-рT. Тук комплексната равнина p=s+jw се преобразува от друга комплексна равнина z=x+jy. Това изисква es+jw=x+jy. На фиг. 2.13 показва сложни равнини p и z.
След като направихме промяната на променливите e-pT=z-1 в (2.9) и (2.10), получаваме трансферните функции в z-равнината съответно за нерекурсивните и рекурсивните цифрови филтри:
, (2.11)
, (2.12)
Предавателната функция на нерекурсивен цифров филтър има само нули, така че е абсолютно стабилна. Рекурсивен цифров филтър ще бъде стабилен, ако неговите полюси са разположени вътре в единичната окръжност на z-равнината.
Предавателната функция на цифровия филтър под формата на полином в отрицателни силипроменлива z дава възможност директно чрез формата на функцията HC(z) да се състави блокова схема на цифровия филтър. Променливата z-1 се нарича единичен оператор на забавяне, а в блоковите диаграми е елемент на забавяне. Следователно по-високите степени на числителя и знаменателя на предавателната функция HC(z)rec определят броя на елементите на забавяне, съответно, в нерекурсивната и рекурсивната част на цифровия филтър.
Честотната характеристика на цифров филтър се получава директно от неговата предавателна функция в z-равнина чрез замяна на z с ejl (или z-1 с e-jl) и извършване на необходимите трансформации. Следователно честотната характеристика може да бъде записана като:
, (2.13)
където CC(l) е амплитудно-честотната характеристика (AFC), а φ(l) е фазово-честотната характеристика на цифровия филтър; l=2 f' - цифрова честота; f '=f/fD - относителна честота; f е цикличната честота.
Характеристиката KTs(jl) на цифровия филтър е периодична функция на цифровата честота l с период 2 (или единица в относителни честоти). Наистина, ejl±jn2 = ejl ±jn2 = ejl, защото по формулата на Ойлер ejn2 = cosn2 + jsinn2 = 1.
Фигура 2.14 Структурна схема на осцилаторния кръг
В радиотехниката, с аналогова обработка на сигнала, най-простият честотен филтър е колебателна верига LC. Нека покажем, че при цифровата обработка най-простият честотен филтър е рекурсивна връзка от втори ред, предавателната функция в z-равнината на която е
, (2.14)
А структурна схемаима формата, показана на фиг. 2.14. Тук операторът Z-1 е дискретен елемент на закъснението за един такт на цифровия филтър, линиите със стрелки означават умножение с a0, b2 и b1, "блок +" означава суматора.
За да опростим анализа, в израз (2.14) приемаме a0=1, представяйки го в положителни степени на z, получаваме
, (2.15)
Предавателната функция на цифровия резонатор, както и на осцилиращата LC верига, зависи само от параметрите на веригата. Роля L,C,Rизпълняват коефициентите b1 и b2.
От (2.15) се вижда, че предавателната функция на рекурсивната връзка от втори ред има нула от втора кратност в равнината z (в точките z=0) и два полюса
И 
Уравнението честотна характеристикарекурсивна връзка от втори ред, получаваме от (2.14), замествайки z-1 с e-jl (за a0=1):
, (2.16)
Амплитудно-честотната характеристика е равна на модула (2.16):
След извършване на елементарни трансформации. Честотната характеристика на рекурсивната връзка от втори ред ще приеме формата:
Фигура 2.15 График на рекурсивна връзка от втори ред
На фиг. 2.15 показва графики в съответствие с (2.18) за b1=0. От графиките се вижда, че рекурсивната връзка от втори ред е тяснолентова избирателна система, т.е. цифров резонатор. Тук е показана само работната част от честотния диапазон на резонатора f ’<0,5. Далее характери-стики повторяются с интервалом fД
Проучванията показват, че резонансната честота f0' ще приеме следните стойности:
f0’=fД/4 с b1=0;
f0'
f0’>fD/4 при b1<0.
Стойностите b1 и b2 променят както резонансната честота, така и качествения фактор на резонатора. Ако b1 е избрано от условието
, където , тогава b1 и b2 ще повлияят само на качествения фактор (f0’=const). Честотната настройка на резонатора може да се осигури чрез промяна на fD.
Цифров демодулатор
Цифровият демодулатор в общата теория на комуникацията се разглежда като изчислително устройство, което извършва обработка на смес от сигнал и шум.
Нека дефинираме цифрови цифрови алгоритми за обработка на аналогови AM и FM сигнали с високо съотношение сигнал/шум. За да направим това, представяме сложната обвивка Z / (t) на теснолентова аналогова смес от сигнал и шум Z'(t) на изхода на AFFT в експоненциална и алгебрична форма:
И
, (2.20)
е обвивката и общата фаза на сместа, докато ZC(t) и ZS(t) са квадратурните компоненти.
От (2.20) се вижда, че обвивката на сигнала Z(t) съдържа пълна информация за закона за модулация. Следователно, цифровият алгоритъм за обработка на аналогов AM сигнал в цифров център, използващ квадратурните компоненти XC(kT) и XS(kT) на цифровия сигнал x(kT) има формата:
Известно е, че честотата на сигнала е първата производна на неговата фаза, т.е.
, (2.22)
Тогава от (2.20) и (2.22) следва:
, (2.23)
Фигура 2.16 Структурна диаграма на CCHPT
Използвайки в (2.23) квадратурните компоненти XC(kT) b XS(kT) на цифровия сигнал x(kT) и заменяйки производните с първите разлики, получаваме цифров алгоритъм за обработка на аналогов FM сигнал в цифров DM:
На фиг. 2.16 показва вариант на блоковата схема на TsChPT при получаване на аналогови AM и FM сигнали, който се състои от квадратурен преобразувател (KP) и CD.
Квадратурните компоненти на комплексния цифров сигнал се формират в CP чрез умножаване на сигнала x(kT) с две последователности (cos(2πf 1 kT)) и (sin(2πf 1 kT)), където f1 е централната честота на картографиране на най-ниската честота на спектъра на сигнала z'(t). На изхода на умножителите цифровите нискочестотни филтри (DLPF) осигуряват потискане на хармоници с честота 2f1 и извличат цифрови проби от квадратурни компоненти. Тук DLP филтърът се използва като цифров филтър на основната селективност. Блоковата схема на CD съответства на алгоритми (2.21) и (2.24).
Разгледаните алгоритми за цифрова обработка на сигнали могат да бъдат реализирани чрез апаратен метод (с помощта на специализирани калкулатори на цифрови ИС, устройства със зарядово свързване или устройства, базирани на повърхностни акустични вълни) и под формата на компютърни програми.
Със софтуерната реализация на алгоритъма за обработка на сигнала, компютърът извършва аритметични операции върху запаметените в него коефициенти al, bl и променливи x(kT), y(kT).
Преди това недостатъците на изчислителните методи бяха: ограничена производителност, наличие на специфични грешки, необходимост от повторен избор, висока сложност и цена. В момента тези ограничения се преодоляват успешно.
Предимствата на цифровите устройства за обработка на сигнали пред аналоговите са перфектните алгоритми, свързани с обучението и адаптирането на сигналите, лекотата на контрол върху характеристиките, високата времева и температурна стабилност на параметрите, високата точност и възможността за едновременна и независима обработка на няколко сигнала.
Прости и сложни сигнали. сигнална база
Характеристиките (параметрите) на комуникационните системи се подобряват с усвояването на видовете сигнали и техните методи за приемане, обработка (разделяне). Всеки път имаше нужда от компетентно разпределение на ограничен честотен ресурс между работещите радиостанции. Паралелно с това беше решен въпросът за намаляване на честотната лента на излъчване от сигнали. Имаше обаче проблеми при приемането на сигнали, които не можеха да бъдат решени чрез просто разпределение на честотния ресурс. Само използването на статистически метод за обработка на сигнали - корелационен анализ направи възможно решаването на тези проблеми.
Простите сигнали имат сигнална база
BS=TS*∆FS≈1, (2.25)
където TS е продължителността на сигнала; ∆FS е ширината на спектъра на прост сигнал.
Комуникационните системи, работещи с прости сигнали, се наричат теснолентови. За сложни (композитни, шумоподобни) сигнали се получава допълнителна модулация (настройка) на честота или фаза по време на продължителността на сигнала TS. Следователно тук се прилага следната връзка за основата на сложен сигнал:
BSS=TS*∆FSS>>1, (2.26)
където ∆FSS е ширината на спектъра на комплексния сигнал.
Понякога се казва, че за прости сигнали ∆FS = 1/ TS е спектърът на съобщението. За сложни сигнали спектърът от сигнали се разширява с ∆FSS / ∆FS пъти. Това води до излишък в спектъра на сигнала, което определя полезните свойства на сложните сигнали. Ако в комуникационна система със сложни сигнали се увеличи скоростта на предаване на информация, за да се получи продължителността на комплексен сигнал TS = 1/ ∆FSS , тогава отново се образува прост сигнал и тяснолентова комуникационна система. Полезните свойства на комуникационната система изчезват.
Начини за разпространение на спектъра на сигнала
Дискретните и цифровите сигнали, обсъдени по-горе, са сигнали с разделяне на времето.
Нека се запознаем с широколентовите цифрови сигнали и методите за множествен достъп с кодово (формално) разделяне на канали.
Първоначално широколентовите сигнали се използват във военни и сателитни комуникации поради техните полезни свойства. Тук е използвана тяхната висока устойчивост на смущения и секретност.Комуникационна система с широколентови сигнали може да работи, когато енергийното прихващане на сигнала е невъзможно, а подслушването без образец на сигнала и без специално оборудване е невъзможно дори при получен сигнал.
Използвайте сегменти от бял топлинен шум като носител на информация и методът за широколентово предаване е предложен от Шанън. Той представи концепцията честотна лентакомуникационен канал. Той показа връзката между възможността за безпогрешно предаване на информация с дадено съотношение и честотната лента, заета от сигнала.
Първата комуникационна система със сложни сигнали от сегменти от бял топлинен шум е предложена от Костас. В Съветския съюз използването на широколентови сигнали, когато се прилага методът за множествен достъп с кодово разделяне, беше предложено от L. E. Varakin.
За временното представяне на всеки вариант на сложен сигнал може да се напише връзката:
където UI (t) и (t) са обвивката и началните фази, които бавно се променят
Функции в сравнение с cosω 0 t; - носеща честота.
С честотното представяне на сигнала неговата обобщена спектрална форма има формата
, (2.28)
където са координатни функции; - коефициенти на разширение.
Координатните функции трябва да отговарят на условието за ортогоналност
, (2.29)
и коефициентите на разширение
(2.30)
За паралелни сложни сигнали, тригонометричните функции на множество честоти първоначално са използвани като координатни функции
, (2.31)
когато всички i-ти варианткомплексният сигнал има формата
З i (t) = 
T .
(2.32)
След това, като
Ки = и = - arktg(β ki / ki), (2.33)
Ki , βki са коефициентите на разширение в тригонометричния ред на Фурие на i-тия сигнал;
i = 1,2,3,…,m ; m е основата на кода, получаваме
З i (t) = 
T .
(2.34)
Тук компонентите на сигнала заемат честоти от ki1 /2π = ki1 /TS до ki2 /2π = ki2 /TS; ki1 = min(ki1) и ki2 = max(ki2); ki1 и ki2 са числата на най-малките и най-големите хармонични компоненти, които значително влияят върху формирането на i-тия вариант на сигнала; Ni = ki2 - ki1 + 1 - броят на хармоничните компоненти на комплексния i-ти сигнал.
Ширина на честотната лента, заета от сигнала
∆FSS = (ki2 - ki1 + 1)ω 0 / 2π = (ki2 - ki1 + 1)/ TS . (2,35)
Той съдържа основната част от енергийния спектър на сигнала.
От съотношението (35) следва, че основата на този сигнал
BSS = TS ∙ ∆FSS = (ki2 - ki1 + 1) = Ni, (2.36)
е равен на броя на хармоничните компоненти на сигнала Ni, които се формират от i-тата версия на сигнала
Фигура 2.17
б) 
Фигура 2.18 Диаграма на разпространение на сигнала с диаграма на периодична последователност
От 1996-1997 г., за търговски цели, Qualcomm започна да използва за формиране на паралелни комплексни сигнали, базирани на (28) подмножество (φ k (t)) от пълни функции на Уолш, ортогонализирани в интервал. В този случай се прилага методът за множествен достъп с кодово разделяне на канали - стандартът CDMA (Code Division Multiple Access)
Фигура 2.19 Диаграма на корелационния приемник
Полезни свойства на широколентови (композитни) сигнали
Фигура 2.20
При комуникация с мобилни станции (MS) се проявява многопътно (многопътно) разпространение на сигнала. Поради това е възможна интерференция на сигнала, която води до появата на дълбоки спадове (избледняване на сигнала) в пространственото разпределение на електромагнитното поле. Така че в градски условия на приемната точка може да има само отразени сигнали от високи сгради, хълмове и т.н., ако няма пряка видимост. Следователно два сигнала с честота 937,5 MHz (l = 32 cm), пристигнали с времево изместване от 0,5 ns с разлика в пътя от 16 cm, се добавят в противофаза.
Нивото на сигнала на входа на приемника също се променя от транспорта, преминаващ покрай станцията.
Теснолентовите комуникационни системи не могат да работят в многопътни условия. Така че, ако на входа на такава система има три сигнални лъча от едно съобщение Si(t) -Si1(t), Si2(t), Si3(t), които се припокриват във времето поради разликата в дължината на път на разпространение, тогава те се разделят на изхода на лентовия филтър (Yi1(t), Yi2(t), Yi3(t)) е невъзможно.
Комуникационните системи със сложни сигнали се противопоставят на многопътния характер на разпространението на радиовълните. По този начин, чрез избиране на обхвата ∆FSS така, че продължителността на свития импулс на изхода на корелационния детектор или съгласувания филтър да е по-малка от времето на забавяне на съседни лъчи, може да бъде получен един лъч или, като се осигурят подходящи закъснения на импулса (Gi (t)), добавят тяхната енергия, което ще увеличи съотношението бипкане/шум. Американската комуникационна система Rake, подобно на гребло, събира получените лъчи на сигнала, отразен от Луната, и ги обобщава.
Принципът на натрупване на сигнал може значително да подобри устойчивостта на шум и други свойства на сигнала. Идеята за натрупване на сигнал се дава чрез просто повторение на сигнала.
Първият елемент, използван за тази цел, беше честотно-селективна система (филтър).
Корелационен анализви позволява да определите статистическата връзка (зависимост) между получения сигнал и референтния сигнал, разположен от приемащата страна. Концепцията за корелационната функция е въведена от Тейлър през 1920 г. Корелационната функция е статистическа средна стойност от втори ред във времето, или спектрална средна, или вероятностна средна.
Ако времевите функции (непрекъснати последователности) x(t) и y(t) имат средни аритметични стойности
С времево разделение на каналите;
С кодово разделение на каналите.
Периодичната функция има формата:
f(t) = f(t+kT), (2.40)
където T-период, k-всяко цяло число (k= , 2, …). Периодичността съществува по цялата времева ос (-< t <+ ). При этом на любом отрезке времени равном T будет полное описание сигнала.
Фигура 2.10, a, b, c показва периодичен хармоничен сигнал u1(t) и неговия спектър от амплитуди и фази.
Фигура 2.11, a, b, c показва графиките на периодичен сигнал u2 (t) - последователност от правоъгълни импулси и неговия спектър от амплитуди и фази.
Така че всеки сигнал може да бъде представен на определен интервал от време като серия на Фурие. След това ще представим разделянето на сигналите по отношение на параметрите на сигнала, т.е. по отношение на амплитуди, честоти и фазови отмествания:
а) сигнали, чиито серии с произволни амплитуди, неприпокриващи се честоти и произволни фази са разделени по честота;
б) сигнали, чиито редове с произволни амплитуди се припокриват по честота, но изместени по фаза между съответните компоненти на редовете са разделени по фаза (фазовото изместване тук е пропорционално на честотата);
Високият капацитет на комуникационните системи с композитен сигнал ще бъде показан по-долу.
в) сигнали, чиито серии с произволни амплитуди, с компоненти, припокриващи се по честота (честотите могат да съвпадат) и произволни фази са разделени по форма.
Разделянето на формата е разделяне на код, когато има сложни сигнали (проби), специално създадени от прости сигнали на предавателната и приемащата страна.
При получаване на сложен сигнал той първо се подлага на корелационна обработка, а след това
обработва се прост сигнал.
Споделяне на честотен ресурс при множествен достъп
В момента сигналите могат да се предават във всякаква среда (в околната среда, в проводник, в оптичен кабел и т.н.). За да се повиши ефективността на честотния спектър, а за един и предавателните линии формират групови канали за предаване на сигнал по една комуникационна линия. От приемащата страна се случва обратният процес - разделяне на канала. Помислете за използваните методи за разделяне на канали:
Фигура 2.21 FDMA с множествен достъп с честотно разделяне
Фигура 2.22 TDMA с множествен достъп с разделяне по време.
Фигура 2.23 CDMA с множествен достъп с кодово разделяне
Криптиране в wi-fi мрежи
Криптирането на данни в безжичните мрежи получава толкова много внимание поради самото естество на такива мрежи. Данните се предават безжично с помощта на радиовълни, като обикновено се използват многопосочни антени. Така данните се чуват от всеки - не само този, за когото са предназначени, но и съсед, живеещ зад стената или "заинтересуван", спрял с лаптоп под прозореца. Разбира се, разстоянията, на които работят безжичните мрежи (без усилватели или насочени антени), са малки - около 100 метра при идеални условия. Стени, дървета и други препятствия значително намаляват сигнала, но това все още не решава проблема.
Първоначално за защита се използва само SSID (името на мрежата). Но най-общо казано, такъв метод може да се нарече защита с голям участък - SSID се предава в чист вид и никой не пречи на нападателя да го подслушва и след това да замени желания в настройките си. Да не говорим, че (това се отнася за точките за достъп) може да се активира режим на излъчване за SSID, т.е. ще бъде принуден да излъчва към всички слушатели.
Следователно имаше нужда от криптиране на данните. Първият такъв стандарт беше WEP - Wired Equivalent Privacy. Шифроването се извършва с помощта на 40 или 104-битов ключ (поточно криптиране с помощта на алгоритъма RC4 на статичен ключ). А самият ключ е набор от ASCII символи с дължина 5 (за 40-битов ключ) или 13 (за 104-битов ключ) знака. Наборът от тези знаци се превежда в поредица от шестнадесетични цифри, които са ключът. Драйверите от много производители ви позволяват директно да въвеждате шестнадесетични стойности (със същата дължина) вместо набор от ASCII знаци. Обръщам внимание на факта, че алгоритмите за преобразуване от ASCII символна последователност в шестнадесетични ключови стойности могат да варират от производител до производител. Ето защо, ако мрежата използва разнородно безжично оборудване и не можете да настроите WEP криптиране с помощта на ASCII парола, опитайте вместо това да въведете ключа в шестнадесетичен запис.
Но какво ще кажете за изявленията на производителите относно поддръжката на 64 и 128-битово криптиране, ще попитате? Точно така, тук маркетингът играе роля - 64 е повече от 40, а 128 е 104. В действителност данните се криптират с помощта на ключ с дължина 40 или 104. Но освен ASCII фразата (статичният компонент на ключа) , има и такова нещо като инициализиращ вектор - IV е инициализиращият вектор. Той служи за рандомизиране на останалата част от ключа. Векторът се избира произволно и се променя динамично по време на работа. По принцип това е разумно решение, тъй като ви позволява да въведете произволен компонент в ключа. Дължината на вектора е 24 бита, така че общата дължина на ключа е 64 (40+24) или 128 (104+24) бита.
Всичко би било наред, но използваният алгоритъм за криптиране (RC4) в момента не е особено силен - със силно желание, за сравнително кратко време, можете да вземете ключа чрез груба сила. Но все пак основната уязвимост на WEP е свързана именно с инициализационния вектор. Дължината на IV е само 24 бита. Това ни дава приблизително 16 милиона комбинации - 16 милиона различни вектора. Въпреки че числото "16 милиона" звучи доста впечатляващо, но в света всичко е относително. В реална работа всички възможни варианти на ключове ще бъдат използвани в рамките на период от десет минути до няколко часа (за 40-битов ключ). След това векторите ще започнат да се повтарят. Нападателят трябва само да събере достатъчно пакети, като просто слуша трафика на безжичната мрежа и открие тези повторения. След това изборът на статичен
Понятието "информация" (от лат. информация- изясняване, представяне) и "съобщението" вече са неразривно свързани.
Информация - това е информация, която е обект на предаване, разпространение, трансформиране, съхранение или пряко използване. Съобщението е форма на представяне на информация. Известно е, че 80...90% от информацията човек получава чрез органите на зрението и 10...20% чрез органите на слуха. Останалите сетивни органи дават общо 1...2% информация.
Информацията се предава във формата съобщения. Съобщение - форма на изразяване (представяне) на информация, удобна за предаване на разстояние. Примери за съобщения са текстове на телеграми, реч, музика, телевизионно изображение, компютърни изходни данни, команди в система за автоматично управление на обекти и др. Съобщенията се предават с помощта на сигнали, които са носители на информация. Основният вид сигнали са електрическите сигнали. Напоследък оптичните сигнали, n / r, във влакнесто-оптични линии за предаване на информация стават все по-широко разпространени. Сигнал- физическият процес, който показва предаденото съобщение. Показването на съобщението се осигурява чрез промяна на броя на физическите величини, характеризиращи процеса. Сигналът предава (разширява) съобщението във времето, тоест винаги е функция на времето. Сигналите се формират чрез промяна на определени параметри на физическия носител в съответствие с предаваното съобщение.
Тази стойност е информационен параметър за сигнала.Информационен параметър за съобщение - параметър, в чиято промяна се "вгражда" информация. За звуксъобщения, информационният параметър е моментната стойност на звуковото налягане, за неподвиженизображения - коефициент на отражение, за Подвижен -яркостта на блясъка на зоните на екрана.
В същото време понятията качествоИ скоросттрансфер на информация.
Колкото по-високо е качеството на предаване на информация, толкова по-малко е изкривяването на информацията от приемащата страна. С увеличаване на скоростта на пренос на информация е необходимо да се вземат специални мерки за предотвратяване на загуба на информация и намаляване на качеството на пренос на информация.
Преминаване на съобщенияна разстояние, извършено с помощта на материален носител, n / r, хартия или магнитна лента или физически процес, например звукови или електромагнитни вълни, ток и др.
Предаването и съхраняването на информация се извършва с помощта на различни знаци (символи), които ви позволяват да я представите в някаква форма.
Съобщенията могат да бъдат функции на времето, като говор при предаване на телефонни разговори, температура или налягане при предаване на телеметрични данни, изпълнение при предаване на телевизия и други подобни. В други случаи съобщението не е функция на времето (напр. текст на телеграма, неподвижно изображение и др.). Сигналпредава съобщение навреме. Следователно винаги е функция на времето, дори ако съобщението (като неподвижно изображение) не е. Има 4 вида сигнали: непрекъснат сигнал с непрекъснато време. (фиг. 2.2, а), непрекъснато дискретно време. (фиг. 2.2, б), дискретно непрекъснато време. (Фиг.2.2, в) и дискретно дискретно време (Фиг.2.2, г).
Фигура 2.2 - Непрекъснат сигнал с непрекъснато време (a), непрекъснат сигнал с дискретно време (b), дискретен сигнал с непрекъснато време (c), дискретен сигнал с дискретно време (d).
Непрекъснати сигнали за непрекъснато време.наречени съкратени непрекъснати (аналогови) сигнали. Те могат да се променят в произволни моменти, като вземат всякакви стойности от непрекъснат набор от възможни стойности (синусоида).
Сигнали с непрекъснато дискретно времеможе да приема произволни стойности, но да се променя само в определени, предварително определени (дискретни) моменти t1, t2, t3 … .
Дискретни непрекъснати времеви сигналисе различават по това, че могат да се променят в произволни моменти, но техните стойности приемат само разрешени (дискретни) стойности.
Дискретни дискретни времеви сигнали(съкратено дискретни) в дискретни моменти от време те могат да приемат само разрешени (дискретни) стойности.
Според характера на изменението на информационните параметри има непрекъснатоИ отделенсъобщения.
аналоговсигналът е непрекъсната или частично непрекъсната функция на времето X(t). Моментните стойности на сигнала са аналогични на физическото количество на разглеждания процес.
Отделенсигналът е дискретни импулси, следващи един след друг с интервал от време Δt, ширината на импулса е еднаква, а нивото (площта на импулса) е аналог на моментната стойност на някаква физическа величина, която е дискретен сигнал.
Дигиталенсигналът е дискретна поредица от цифри, следващи една след друга с интервал от време Δt, под формата на двоични цифри и представляващи моментната стойност на някаква физическа величина.
Непрекъснат или аналогов сигнал е сигнал, който може да приема всяко ниво на стойности в рамките на диапазон от стойности. Непрекъснат във времето сигнал е сигнал, подаден по цялата времева ос.
Например речта е непрекъснато съобщение както по ниво, така и по време, а температурен сензор, който извежда своите стойности на всеки 5 минути, служи като източник на съобщения, които са непрекъснати по величина, но дискретни във времето.
Концепцията за количеството информация и възможността за нейното измерване е в основата на теорията на информацията. Информационната теория се появява през 20 век. Пионерите на теорията на информацията са Клод Шанън (САЩ), А.Н. Колмогоров (СССР) Р. Хартли (САЩ) и др. Според Клод Шанън информацията е отстранената несигурност. Тези. информативност на съобщението х-ся съдържащата се в него полезна информация т.е. онази част от съобщението, която намалява несигурността на нещо, което съществува преди да бъде получено.
Зареждане...