Nilai analog– nilai yang nilainya dalam interval tertentu berubah terus menerus. Nilai spesifiknya hanya bergantung pada keakuratan instrumen yang melakukan pengukuran. Ini, misalnya, suhu.
nilai diskrit adalah besaran yang nilainya berubah secara tiba-tiba. Misalnya, jumlah siswa di dalam kelas. Sinyal pengukuran - sinyal yang berisi informasi kuantitatif tentang kuantitas fisik yang diukur. Misalnya, tegangan pada keluaran konverter termoelektrik yang mengukur suhu.
sinyal data- bentuk representasi pesan data menggunakan kuantitas fisik, perubahan satu atau lebih parameter yang mencerminkan perubahannya.
Dalam teknologi mikroprosesor, sinyal adalah besaran listrik (arus, tegangan). Mewakili parameter sinyal data - parameter sinyal data yang perubahannya mencerminkan perubahan dalam pesan data (amplitudo, frekuensi, fase, durasi pulsa, durasi jeda).
adalah sinyal data, di mana masing-masing parameter yang mewakili dijelaskan oleh fungsi waktu dan serangkaian nilai yang mungkin, mis. sinyal analog dijelaskan oleh fungsi kontinu (atau kontinu sepotong-sepotong) x a (t), dan fungsi itu sendiri dan argumen t dapat mengambil nilai apa pun pada beberapa interval
Sinyal analog f(t) dikatakan periodik jika terdapat bilangan real T sehingga f(t + T) = f(t) untuk setiap t, dengan T disebut periode sinyal.
Sinyal data diskrit– berbeda dari analog karena nilainya hanya diketahui pada waktu yang berbeda. Sinyal diskrit digambarkan dengan fungsi kisi – barisan – x d (nT), dimana T = const – interval sampling (periode), n = 0, 1, 2, … .
Fungsi x d (nT) itu sendiri dapat pada momen-momen diskrit mengambil nilai arbitrer pada interval tertentu. Nilai fungsi ini disebut sampel atau sampel fungsi. Notasi lain untuk fungsi kisi x(nT) adalah x(n) atau xn. Barisan x(n) dapat berhingga atau tak terhingga, bergantung pada interval definisi fungsi.
Sinyal data terkuantisasi- berbeda dari analog atau diskrit dengan membagi rentang nilai kontinu atau kuantitas diskrit untuk sejumlah interval yang terbatas. Jenis kuantisasi yang paling sederhana adalah pembagian nilai bilangan bulat dengan bilangan asli, yang disebut faktor kuantisasi.
Sinyal data digital adalah sinyal di mana masing-masing parameter yang mewakili dijelaskan oleh fungsi waktu diskrit dan satu set nilai yang mungkin terbatas. Sinyal digital dijelaskan oleh fungsi kisi terkuantisasi x q (nT). Ketika sinyal digital diterima dari sinyal analog, sampling dan kuantisasi terjadi.
Sinyal digital biner- sinyal data yang menggunakan metode merepresentasikan informasi tentang nilai parameter dalam bentuk kombinasi multi-bit dari dua nilai - nol dan satu - dan biasanya disebut kode biner.
Modulasi- proses mengubah satu atau lebih parameter dari osilasi pembawa frekuensi tinggi sesuai dengan hukum sinyal informasi frekuensi rendah (pesan).
Saat ini, sinyal digital biner, karena kemudahan pengkodean dan pemrosesan, digunakan dalam digital perangkat elektronik. Untuk mengirimkan sinyal digital melalui saluran komunikasi (misalnya, saluran listrik atau radio), berbagai jenis modulasi digunakan.
Pertimbangkan contoh mewakili parameter sinyal data menggunakan contoh berbagai macam modulasi (lihat Gambar. 1). Selain jenis modulasi yang dipertimbangkan, ada juga fase (PM), waktu-pulsa (TIM), dan modulasi lainnya.
Beras. 1. Berbagai jenis modulasi sinyal - berbagai parameter yang mewakili sinyal data
Untuk memahami esensi dari sinyal digital, perhatikan klasifikasi berikut. Dalam teknologi digital, sinyal dibedakan (Gbr. 2):
besarnya sewenang-wenang dan kontinu dalam waktu (analog);
arbitrer dalam besarnya dan diskrit dalam waktu (diskrit);
terkuantisasi dalam besarnya dan kontinu dalam waktu (terkuantisasi);
terkuantisasi dalam besaran dan diskrit dalam waktu (digital).
Beras. 2. Sinyal analog, diskrit, terkuantisasi dan digital
Sinyal analog sering digunakan untuk mewakili kuantitas fisik yang terus berubah. Misalnya, sinyal listrik analog yang diambil membawa informasi tentang perubahan suhu, sinyal dari mikrofon - tentang perubahan tekanan yang cepat dalam gelombang suara, dll.
Di bidang teknologi digital dan pulsa, terminologi tidak ditetapkan. Jadi, sinyal diskrit adalah sinyal, nilai parameter yang mewakili yang hanya diketahui pada titik waktu tertentu, dan itu juga merupakan sinyal, tidak seperti analog, parameter yang mewakili yang hanya dapat mengambil nilai tetap. (biasanya dua: logis "nol" atau logis "satu").
Dalam kasus kedua, akan benar untuk menyebut sinyal terkuantisasi, tetapi modul industri disebut "modul input sinyal diskrit." Selain menggunakan berbagai kuantitas fisik untuk mengirimkan informasi, sinyal juga berbeda dalam parameter yang mewakilinya.
Oleh jenis (jenis) sinyal berikut ini menonjol:
- analog
- digital
- diskrit
Sinyal analog
Sinyal analog adalah alami. Itu dapat diperbaiki menggunakan berbagai jenis sensor. Misalnya, sensor lingkungan (tekanan, kelembaban) atau sensor mekanis (percepatan, kecepatan). Sinyal Analog dalam matematika dijelaskan oleh fungsi kontinu. Tegangan listrik digambarkan menggunakan garis lurus, yaitu adalah analog.
sinyal digital
Digital sinyalnya buatan, mis. mereka hanya dapat diperoleh dengan mengubah sinyal listrik analog.
Proses konversi sekuensial dari sinyal analog kontinu disebut sampling. Diskritisasi terdiri dari dua jenis:
- Oleh waktu
- dengan amplitudo
Diskritisasi waktu biasanya disebut sebagai operasi sampling. Dan diskritisasi dengan amplitudo sinyal - kuantisasi berdasarkan level.
Sebagian besar sinyal digital adalah impuls cahaya atau listrik. Sinyal digital menggunakan seluruh frekuensi yang diberikan (bandwidth). Sinyal ini masih tetap analog, hanya setelah konversi diberkahi dengan sifat numerik. Dan Anda dapat menerapkan metode numerik dan properti untuk itu.
sinyal diskrit
sinyal diskrit adalah sama dikonversi Sinyal analog, hanya saja belum tentu level terkuantisasi.
Ini adalah informasi dasar tentang jenis (jenis) sinyal.
Sinyal Analog, Diskrit dan Digital
Salah satu tren perkembangan sistem modern komunikasi adalah meluasnya penggunaan diskrit-analog dan pemrosesan sinyal digital (DAO dan DSP).
Sinyal analog Z'(t), awalnya digunakan dalam teknik radio, dapat direpresentasikan sebagai grafik kontinu (Gbr. 2.10a). Sinyal analog meliputi sinyal AM, FM, FM, sinyal sensor telemetri, dll. Perangkat yang memproses sinyal analog disebut perangkat pemrosesan analog. Perangkat tersebut termasuk konverter frekuensi, berbagai amplifier, filter LC, dll.
Penerimaan sinyal analog yang optimal, sebagai suatu peraturan, menyediakan algoritma penyaringan linier yang optimal, yang sangat relevan ketika menggunakan sinyal seperti noise yang kompleks. Namun, dalam hal ini konstruksi filter yang cocok sangat sulit. Saat menggunakan filter yang cocok berdasarkan garis penundaan multi-tap (magnetostriktif, kuarsa, dll.), diperoleh redaman besar, dimensi, dan ketidakstabilan penundaan. Filter berdasarkan gelombang akustik permukaan (SAW) menjanjikan, tetapi durasi pendek dari sinyal yang diproses di dalamnya dan kompleksitas penyetelan parameter filter membatasi penerapannya.
Pada tahun 1940-an, RES analog digantikan oleh perangkat untuk pemrosesan diskrit dari proses input analog. Perangkat ini menyediakan pemrosesan sinyal diskrit-analog (DAP) dan memiliki kemampuan hebat. Di sini sinyal diskrit dalam waktu, kontinu dalam keadaan. Sinyal seperti itu Z'(kT) adalah urutan pulsa dengan amplitudo sama dengan nilai sinyal analog Z'(t) pada waktu diskrit t=kT, di mana k=0,1,2,… adalah bilangan bulat. Transisi dari sinyal kontinu Z'(t) ke urutan pulsa Z'(kT) disebut sampling waktu.
Ilustrasi 2.10 Sinyal Analog, Diskrit dan Digital
Gambar 2.11 Pengambilan Sampel Sinyal Analog
Sinyal analog dapat diambil sampelnya dalam waktu dengan kaskade kebetulan "DAN" (Gbr. 2.11), di mana input sinyal analog Z'(t) bekerja. Kaskade kebetulan dikendalikan oleh tegangan clock UT(t) - pulsa pendek dengan durasi t dan mengikuti pada interval T>> t.
Interval sampling T dipilih sesuai dengan teorema Kotelnikov T=1/2Fmax, di mana Fmax adalah frekuensi maksimum dalam spektrum sinyal analog. Frekuensi fd = 1/T disebut frekuensi sampling, dan himpunan nilai sinyal pada 0, T, 2T, ... disebut sinyal dengan modulasi amplitudo-pulsa (AIM).
Sampai akhir 1950-an, sinyal AIM hanya digunakan dalam konversi sinyal suara. Untuk transmisi melalui saluran relai radio, sinyal AIM diubah menjadi sinyal modulasi fase-pulsa (PPM). Dalam hal ini, amplitudo pulsa adalah konstan, dan informasi tentang pesan suara terkandung dalam deviasi (fase) Dt pulsa relatif terhadap beberapa posisi rata-rata. Menggunakan pulsa pendek dari satu sinyal, dan menempatkan pulsa sinyal lain di antara mereka, komunikasi multi-saluran diperoleh (tetapi tidak lebih dari 60 saluran).
Saat ini, DAO sedang gencar berkembang berdasarkan penggunaan “fire chains” (FC) dan charge-coupled devices (CCD).
Pada awal 1970-an, sistem dengan modulasi kode pulsa (PCM) mulai muncul di jaringan komunikasi berbagai negara dan Uni Soviet, di mana sinyal digital digunakan.
Proses PCM adalah konversi sinyal analog menjadi angka, terdiri dari tiga operasi: sampling waktu pada interval T (Gbr. 2.10, b), kuantisasi level (Gbr. 2.10, c) dan encoding (Gbr. 2.10, e). Operasi diskritisasi waktu telah dibahas di atas. Operasi kuantisasi level adalah bahwa urutan pulsa, amplitudo yang sesuai dengan nilai sinyal analog 3 pada waktu diskrit, digantikan oleh urutan pulsa yang amplitudonya hanya dapat mengambil sejumlah nilai tetap yang terbatas. . Operasi ini menyebabkan kesalahan kuantisasi (Gbr. 2.10, d).
Sinyal ZKV’(kT) adalah sinyal diskrit baik dari segi waktu maupun kondisi. Nilai yang mungkin u0, u1,…,uN-1 dari sinyal Z'(kT) di sisi penerima diketahui, oleh karena itu, bukan nilai uk yang sinyal yang diterima dalam interval T yang ditransmisikan, tetapi hanya tingkat nomor k. Di sisi penerima, nilai uk dikembalikan menggunakan nomor yang diterima k. Dalam hal ini, barisan bilangan dalam sistem biner angka adalah kata sandi.
Proses pengkodean terdiri dari mengubah sinyal terkuantisasi Z'(kT) menjadi urutan kata kode (x(kT)). pada gambar. 2.10, e kata kode ditampilkan sebagai urutan kombinasi kode biner menggunakan tiga digit.
Operasi PCM yang dipertimbangkan digunakan dalam RPU dengan DSP, sedangkan PCM diperlukan tidak hanya untuk sinyal analog, tetapi juga untuk sinyal digital.
Kami akan menunjukkan kebutuhan PCM saat menerima sinyal digital melalui saluran radio. Jadi, ketika mentransmisikan dalam rentang dekameter, elemen xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxa dari sinyal digital xi(kT) (i=0,1), yang mencerminkan elemen ke-n dari kode, sinyal yang diharapkan pada input RPU bersama dengan derau tambahan ( t) dapat direpresentasikan sebagai:
z / i (t)= x(kT) + (t) , (2.2)
pada (0 t TE),
di mana adalah koefisien transfer saluran, TE adalah waktu durasi elemen sinyal. Dari (2.2) dapat dilihat bahwa noise pada input RPU membentuk sekumpulan sinyal yang mewakili osilasi analog.
Contoh rangkaian digital adalah elemen logika, register, flip-flop, counter, storage device, dll. Berdasarkan jumlah node pada IC dan LSI, RPU dengan DSP dibagi menjadi dua kelompok:
1. RPU analog-ke-digital, yang memiliki node individual yang diimplementasikan pada IC: synthesizer frekuensi, filter, demodulator, AGC, dll.
2. Penerima radio digital (CRPU), di mana sinyal diproses setelah konverter analog-ke-digital (ADC).
pada gambar. 2.12 menunjukkan elemen CRPA utama (saluran informasi) dari rentang dekameter:: bagian analog dari jalur penerima (ACFT), ADC (terdiri dari sampler, quantizer dan encoder), bagian digital dari jalur penerima ( TsChPT), konverter digital-ke-analog (DAC) dan frekuensi filter lolos-rendah (LPF). Garis ganda menunjukkan transmisi sinyal digital (kode), dan garis tunggal menunjukkan transmisi sinyal analog dan AIM.
Gambar 2.12 Elemen CRPU utama (saluran informasi) dari rentang dekameter
AFFT melakukan selektivitas frekuensi awal, amplifikasi signifikan dan konversi frekuensi sinyal Z'(T). ADC mengubah sinyal analog Z'(T) menjadi x(kT) digital (Gbr. 2.10,e).
Di CCPT, sebagai aturan, konversi frekuensi tambahan, selektivitas (dalam filter digital - selektivitas utama) dan demodulasi digital pesan analog dan diskrit (frekuensi, fase relatif dan telegrafi amplitudo) dilakukan. Pada keluaran CCHPT, kita memperoleh sinyal digital y (kT) (Gbr. 2.10, e). Sinyal ini, diproses menurut algoritma yang diberikan, diumpankan dari output CCHPT ke DAC atau ke perangkat memori komputer (saat menerima data).
Dalam DAC dan LPF yang terhubung seri, sinyal digital y(kT) pertama-tama diubah menjadi sinyal y(t), kontinu dalam waktu dan diskrit dalam keadaan, dan kemudian menjadi yФ(t), yang kontinu dalam waktu dan keadaan ( Gambar 2.10, g , h).
Dari sekian banyak metode pemrosesan sinyal digital di CRPD, yang paling penting adalah: penyaringan digital dan demodulasi. Pertimbangkan algoritma dan struktur filter digital (DF) dan demodulator digital (DDM).
Filter digital adalah sistem diskrit (perangkat fisik atau program komputer). Di dalamnya, urutan sampel numerik (x(kT)) dari sinyal input diubah menjadi urutan (y(kT)) dari sinyal output.
Algoritma filter digital utama adalah: persamaan perbedaan linier, persamaan konvolusi diskrit, operator Fungsi transmisi dalam bidang-z dan respons frekuensi.
Persamaan yang menggambarkan barisan bilangan (pulsa) pada masukan dan keluaran filter digital (sistem diskrit dengan penundaan) disebut persamaan beda linier.
Persamaan perbedaan linier dari filter digital rekursif memiliki bentuk:
, (2.3)
di mana x[(k-m)T] dan y[(k-n)T] adalah nilai urutan input dan output sampel numerik pada waktu (k-m)T dan (k-n)T, masing-masing; m dan n masing-masing adalah jumlah sampel numerik input dan output sebelumnya yang dijumlahkan tertunda;
a0, a1, …, am dan b1, b2, …, bn adalah koefisien bobot riil.
Dalam (3), suku pertama adalah persamaan beda linier dari filter digital nonrekursif. Persamaan konvolusi diskrit filter digital diperoleh dari filter digital non-rekursif beda linier dengan mengganti al di dalamnya dengan h(lT):
, (2.4)
dimana h(lT) – respon impuls CF, yang merupakan respons terhadap satu pulsa.
Fungsi alih operator adalah rasio fungsi transformasi Laplace pada keluaran dan masukan dari filter digital:
, (2.5)
Fungsi ini diperoleh langsung dari persamaan beda dengan menerapkan transformasi Laplace diskrit dan teorema perpindahan.
Transformasi Laplace diskrit, misalnya, dari urutan (x(kT)) dipahami sebagai memperoleh gambar L - dari bentuk
, (2.6)
di mana p=s+jw adalah operator Laplace kompleks.
Teorema perpindahan (pergeseran) sebagaimana diterapkan pada fungsi-fungsi diskrit dapat dirumuskan: perpindahan variabel independen dari aslinya dalam waktu sebesar ±mT sesuai dengan perkalian dari gambar-L dengan . Sebagai contoh,
Dengan mempertimbangkan sifat-sifat linearitas transformasi diskrit Laplace dan teorema perpindahan, urutan keluaran angka dari filter digital non-rekursif akan berbentuk
, (2.8)
Kemudian fungsi transfer operator dari filter digital non-rekursif:
, (2.9)
Gambar 2.13
Demikian pula, dengan mempertimbangkan rumus (2.3), kami memperoleh fungsi transfer operator dari filter digital rekursif:
, (2.10)
Rumus untuk fungsi alih operator memiliki bentuk yang kompleks. Oleh karena itu, muncul kesulitan besar dalam mempelajari medan dan kutub (akar polinomial pembilang pada Gambar 2.13 dan akar polinomial penyebut), yang pada bidang-p memiliki struktur frekuensi-periodik.
Analisis dan sintesis filter digital disederhanakan ketika menerapkan transformasi z, ketika mereka melewati variabel kompleks baru z, terkait dengan p dengan rasio z=epT atau z-1=e-рT. Di sini bidang kompleks p=s+jw dipetakan oleh bidang kompleks lain z=x+jy. Ini membutuhkan es+jw=x+jy. pada gambar. 2.13 pertunjukan pesawat yang kompleks p dan z.
Setelah membuat perubahan variabel e-pT=z-1 pada (2.9) dan (2.10), kami memperoleh fungsi transfer di bidang-z, masing-masing, untuk filter digital non-rekursif dan rekursif:
, (2.11)
, (2.12)
Fungsi transfer filter digital non-rekursif hanya memiliki nol, sehingga sangat stabil. Filter digital rekursif akan stabil jika kutubnya terletak di dalam lingkaran satuan bidang-z.
Fungsi alih filter digital dalam bentuk polinomial dalam kekuatan negatif variabel z memungkinkan secara langsung dengan bentuk fungsi HC(z) untuk membuat diagram blok filter digital. Variabel z-1 disebut operator penundaan unit, dan dalam diagram blok itu adalah elemen penundaan. Oleh karena itu, pangkat yang lebih tinggi dari pembilang dan penyebut dari fungsi transfer HC(z)rec menentukan jumlah elemen penundaan, masing-masing, di bagian nonrekursif dan rekursif dari filter digital.
Respons frekuensi filter digital diperoleh langsung dari fungsi transfer bidang-z dengan mengganti z dengan ejl (atau z-1 dengan e-jl) dan melakukan transformasi yang diperlukan. Oleh karena itu, respons frekuensi dapat ditulis sebagai:
, (2.13)
di mana CC(l) adalah karakteristik frekuensi amplitudo (AFC), dan (l) adalah karakteristik frekuensi fase dari filter digital; l=2 f' - frekuensi digital; f '=f/fD - frekuensi relatif; f adalah frekuensi siklik.
Karakteristik KTs(jl) dari filter digital adalah fungsi periodik dari frekuensi digital l dengan periode 2 (atau satu dalam frekuensi relatif). Memang, ejl±jn2 = ejl ±jn2 = ejl, karena dengan rumus Euler ejn2 = cosn2 + jsinn2 = 1.
Gambar 2.14 Diagram struktur rangkaian osilasi
Dalam teknik radio, dengan pemrosesan sinyal analog, yang paling sederhana filter frekuensi adalah sirkuit osilasi LC. Mari kita tunjukkan bahwa dalam pemrosesan digital, filter frekuensi paling sederhana adalah tautan orde dua rekursif, fungsi transfer di bidang-z adalah
, (2.14)
sebuah skema struktural memiliki bentuk yang ditunjukkan pada Gambar. 2.14. Di sini operator Z-1 adalah elemen diskrit dari penundaan untuk satu siklus clock dari filter digital, garis dengan panah menunjukkan perkalian dengan a0, b2, dan b1, "blok +" menunjukkan penambah.
Untuk menyederhanakan analisis, dalam ekspresi (2.14) kita ambil a0=1, mewakilinya dalam pangkat positif dari z, kita peroleh
, (2.15)
Fungsi transfer resonator digital, serta rangkaian LC berosilasi, hanya bergantung pada parameter rangkaian. Peran L,C,R memenuhi koefisien b1 dan b2.
Dari (2.15) dapat dilihat bahwa fungsi alih dari link rekursif orde kedua memiliki perkalian kedua nol pada bidang z (pada titik-titik z=0) dan dua kutub
dan 
Persamaan untuk respon frekuensi link rekursif orde kedua diperoleh dari (2.14), menggantikan z-1 dengan e-jl (untuk a0=1):
, (2.16)
Karakteristik frekuensi amplitudo sama dengan modul (2.16):
Setelah melakukan transformasi dasar. Respon frekuensi dari link rekursif orde kedua akan berbentuk:
Gambar 2.15 Grafik link rekursif orde kedua
pada gambar. 2.15 menunjukkan grafik sesuai dengan (2.18) untuk b1=0. Dapat dilihat dari grafik bahwa link rekursif orde kedua adalah sistem pemilihan pita sempit, yaitu resonansi digital. Ditampilkan di sini hanya bagian kerja dari rentang frekuensi resonator f '<0,5. Далее характери-стики повторяются с интервалом fД
Studi menunjukkan bahwa frekuensi resonansi f0' akan mengambil nilai-nilai berikut:
f0’=fД/4 dengan b1=0;
f0'
f0’>fD/4 di b1<0.
Nilai b1 dan b2 mengubah frekuensi resonansi dan faktor kualitas resonator. Jika b1 dipilih dari kondisi
, dimana , maka b1 dan b2 hanya akan mempengaruhi faktor kualitas (f0’=const). Penyetelan frekuensi resonator dapat diberikan dengan mengubah fD.
Demodulator digital
Demodulator digital dalam teori komunikasi umum dianggap sebagai perangkat komputasi yang melakukan pemrosesan campuran sinyal dan kebisingan.
Mari kita definisikan algoritme digital digital untuk memproses sinyal AM dan FM analog dengan rasio signal-to-noise yang tinggi. Untuk melakukan ini, kami mewakili amplop kompleks Z / (t) dari campuran analog pita sempit dari sinyal dan noise Z'(t) pada output AFFT dalam bentuk eksponensial dan aljabar:
dan
, (2.20)
adalah amplop dan fase total campuran, sedangkan ZC(t) dan ZS(t) adalah komponen kuadratur.
Dapat dilihat dari (2.20) bahwa amplop sinyal Z(t) berisi informasi lengkap tentang hukum modulasi. Oleh karena itu, algoritma digital untuk memproses sinyal AM analog di pusat digital menggunakan komponen kuadratur XC(kT) dan XS(kT) dari sinyal digital x(kT) memiliki bentuk:
Diketahui bahwa frekuensi sinyal adalah turunan pertama dari fasenya, yaitu
, (2.22)
Kemudian dari (2.20) dan (2.22) berikut ini:
, (2.23)
Gambar 2.16 Diagram Struktur CCHPT
Menggunakan dalam (2.23) komponen kuadratur XC(kT) b XS(kT) dari sinyal digital x(kT) dan mengganti turunannya dengan perbedaan pertama, kita memperoleh algoritme digital untuk memproses sinyal FM analog dalam DM digital:
pada gambar. 2.16 menunjukkan varian dari diagram blok TsChPT saat menerima sinyal AM dan FM analog, yang terdiri dari konverter kuadratur (KP) dan CD.
Komponen kuadratur dari sinyal digital kompleks dibentuk di CP dengan mengalikan sinyal x(kT) dengan dua urutan (cos(2πf 1 kT)) dan (sin(2πf 1 kT)), di mana f1 adalah frekuensi pusat dari pemetaan frekuensi terendah dari spektrum sinyal z'(t ). Pada keluaran pengganda, filter low-pass digital (DLPF) memberikan penekanan harmonik dengan frekuensi 2f1 dan mengekstrak sampel digital komponen kuadratur. Di sini, filter DLP digunakan sebagai filter digital selektivitas utama. Diagram blok CD sesuai dengan algoritma (2.21) dan (2.24).
Algoritma yang dipertimbangkan untuk pemrosesan sinyal digital dapat diimplementasikan menggunakan metode perangkat keras (menggunakan kalkulator khusus pada IC digital, perangkat dengan sambungan muatan atau perangkat berdasarkan gelombang akustik permukaan) dan dalam bentuk program komputer.
Dengan implementasi perangkat lunak dari algoritma pemrosesan sinyal, komputer melakukan operasi aritmatika pada koefisien al, bl dan variabel x(kT), y(kT) yang tersimpan di dalamnya.
Sebelumnya, kelemahan metode komputasi adalah: kinerja terbatas, adanya kesalahan spesifik, perlunya pemilihan ulang, kompleksitas dan biaya tinggi. Saat ini, keterbatasan ini berhasil diatasi.
Keuntungan dari perangkat pemrosesan sinyal digital dibandingkan yang analog adalah algoritma sempurna yang terkait dengan pelatihan dan adaptasi sinyal, kemudahan kontrol atas karakteristik, stabilitas parameter temporal dan suhu yang tinggi, akurasi tinggi dan kemungkinan pemrosesan beberapa sinyal secara simultan dan independen.
Sinyal sederhana dan kompleks. basis sinyal
Karakteristik (parameter) sistem komunikasi meningkat seiring dengan dikuasainya jenis sinyal dan metode penerimaan, pemrosesan (pemisahan). Setiap kali ada kebutuhan untuk distribusi yang kompeten dari sumber daya frekuensi terbatas antara stasiun radio yang beroperasi. Sejalan dengan ini, masalah pengurangan bandwidth emisi oleh sinyal diselesaikan. Namun, ada masalah dalam menerima sinyal yang tidak dapat diselesaikan dengan distribusi sederhana dari sumber frekuensi. Hanya penggunaan metode statistik pemrosesan sinyal - analisis korelasi memungkinkan untuk memecahkan masalah ini.
Sinyal sederhana memiliki basis sinyal
BS=TS*∆FS≈1, (2.25)
di mana TS adalah durasi sinyal; FS adalah lebar spektrum sinyal sederhana.
Sistem komunikasi yang beroperasi pada sinyal sederhana disebut pita sempit. Untuk sinyal kompleks (komposit, seperti noise), modulasi tambahan (penguncian) dalam frekuensi atau fase terjadi selama durasi sinyal TS. Oleh karena itu, hubungan berikut untuk basis sinyal kompleks diterapkan di sini:
BSS=TS*∆FSS>>1, (2.26)
di mana FSS adalah lebar spektrum sinyal kompleks.
Kadang-kadang dikatakan bahwa untuk sinyal sederhana, FS = 1/ TS adalah spektrum pesan. Untuk sinyal yang kompleks, spektrum sinyal diperluas sebesar FSS / FS kali. Ini menghasilkan redundansi dalam spektrum sinyal, yang menentukan sifat berguna dari sinyal kompleks. Jika, dalam sistem komunikasi dengan sinyal kompleks, kecepatan transfer informasi ditingkatkan untuk mendapatkan durasi sinyal kompleks TS = 1/ FSS , maka sinyal sederhana dan sistem komunikasi pita sempit terbentuk lagi. Properti yang berguna dari sistem komunikasi menghilang.
Cara untuk menyebarkan spektrum sinyal
Sinyal diskrit dan digital yang dibahas di atas adalah sinyal pembagian waktu.
Mari berkenalan dengan sinyal digital broadband dan metode akses ganda dengan kode (dalam bentuk) pembagian saluran.
Pada awalnya, sinyal broadband digunakan dalam komunikasi militer dan satelit karena sifatnya yang berguna. Kekebalan tinggi mereka terhadap interferensi dan kerahasiaan digunakan di sini Sistem komunikasi dengan sinyal broadband dapat bekerja ketika intersepsi energi sinyal tidak mungkin, dan penyadapan tanpa sampel sinyal dan tanpa peralatan khusus tidak mungkin bahkan dengan sinyal yang diterima.
Gunakan segmen white thermal noise sebagai pembawa informasi dan metode transmisi broadband diusulkan oleh Shannon. Dia memperkenalkan konsep lebar pita saluran komunikasi. Dia menunjukkan hubungan antara kemungkinan transmisi informasi bebas kesalahan dengan rasio tertentu dan pita frekuensi yang ditempati oleh sinyal.
Sistem komunikasi pertama dengan sinyal kompleks dari segmen white thermal noise diusulkan oleh Kostas. Di Uni Soviet, penggunaan sinyal broadband ketika metode akses berganda divisi kode diimplementasikan diusulkan oleh L. E. Varakin.
Untuk representasi temporal dari setiap varian sinyal kompleks, seseorang dapat menulis relasinya:
di mana UI (t) dan (t) adalah amplop dan fase awal, yang perlahan berubah
Fungsi dibandingkan dengan cosω 0 t; - frekuensi Karir.
Dengan representasi frekuensi sinyal, bentuk spektral umum memiliki bentuk
, (2.28)
di mana fungsi koordinat; - koefisien ekspansi.
Fungsi koordinat harus memenuhi syarat ortogonalitas
, (2.29)
dan koefisien ekspansi
(2.30)
Untuk sinyal kompleks paralel, fungsi trigonometri dari beberapa frekuensi awalnya digunakan sebagai fungsi koordinat
, (2.31)
ketika semua orang opsi ke-i sinyal kompleks memiliki bentuk
Z saya (t) = 
t .
(2.32)
Kemudian, mengambil
Sebuah ki = dan = - arktg(β ki / ki), (2.33)
Ki , ki adalah koefisien ekspansi dalam deret Fourier trigonometri dari sinyal ke-i;
i = 1,2,3,…,m ; m adalah basis kode, kita dapatkan
Z saya (t) = 
t .
(2.34)
Di sini, komponen sinyal menempati frekuensi dari ki1 /2π = ki1 /TS hingga ki2 /2π = ki2 /TS; ki1 = min(ki1) dan ki2 = maks(ki2); ki1 dan ki2 merupakan bilangan komponen harmonik terkecil dan terbesar yang berpengaruh nyata terhadap pembentukan varian sinyal ke-i; Ni = ki2 - ki1 + 1 - jumlah komponen harmonik dari sinyal ke-i kompleks.
Bandwidth ditempati oleh sinyal
FSS = (ki2 - ki1 + 1)ω 0 / 2π = (ki2 - ki1 + 1)/ TS . (2.35)
Ini berisi bagian utama dari spektrum energi sinyal.
Dari relasi (35) berikut bahwa basis sinyal ini
BSS = TS FSS = (ki2 - ki1 + 1) = Ni , (2,36)
sama dengan jumlah komponen harmonik sinyal Ni, yang dibentuk oleh sinyal versi ke-i
Gambar 2.17
b) 
Gambar 2.18 Diagram Penyebaran Sinyal dengan Plot Urutan Berkala
Sejak 1996-1997, untuk tujuan komersial, Qualcomm mulai menggunakan untuk pembentukan sinyal kompleks paralel berdasarkan (28) subset (φ k (t)) dari fungsi Walsh lengkap yang diortogonalisasi pada suatu interval. Dalam hal ini, metode akses berganda dengan pembagian kode saluran diimplementasikan - standar CDMA (Akses Berganda Divisi Kode)
Gambar 2.19 Diagram penerima korelasi
Sifat berguna dari sinyal pita lebar (komposit)
Gambar 2.20
Saat berkomunikasi dengan stasiun bergerak (MS), propagasi sinyal multipath (multipath) dimanifestasikan. Oleh karena itu, gangguan sinyal dimungkinkan, yang mengarah pada munculnya penurunan yang dalam (fading sinyal) dalam distribusi spasial medan elektromagnetik. Jadi dalam kondisi perkotaan di titik penerima hanya dapat dipantulkan sinyal dari gedung-gedung tinggi, perbukitan, dll, jika tidak ada garis pandang. Oleh karena itu, dua sinyal dengan frekuensi 937,5 MHz (l = 32 cm), yang tiba dengan pergeseran waktu 0,5 ns dengan perbedaan jalur 16 cm, ditambahkan dalam antifase.
Level sinyal pada input penerima juga berubah dari transportasi yang melewati stasiun.
Sistem komunikasi pita sempit tidak dapat beroperasi dalam kondisi multipath. Jadi jika pada input sistem seperti itu terdapat tiga berkas sinyal dari satu pesan Si(t) -Si1(t), Si2(t), Si3(t), yang tumpang tindih dalam waktu karena perbedaan panjang sinyal. jalur propagasi, maka mereka dipisahkan pada output dari filter bandpass (Yi1(t), Yi2(t), Yi3(t)) tidak mungkin.
Sistem komunikasi dengan sinyal kompleks menolak sifat multipath propagasi gelombang radio. Jadi, dengan memilih pita FSS sedemikian rupa sehingga durasi pulsa yang berbelit-belit pada keluaran detektor korelasi atau filter yang cocok lebih kecil dari waktu tunda berkas yang berdekatan, satu berkas dapat diterima atau, dengan menyediakan penundaan pulsa yang sesuai (Gi (t)), tambahkan energi mereka, yang akan meningkatkan rasio bip/noise. Sistem komunikasi Amerika Rake, seperti penggaruk, mengumpulkan berkas sinyal yang diterima yang dipantulkan dari Bulan dan menyimpulkannya.
Prinsip akumulasi sinyal dapat secara signifikan meningkatkan kekebalan kebisingan dan sifat sinyal lainnya. Ide akumulasi sinyal diberikan oleh pengulangan sinyal sederhana.
Elemen pertama yang digunakan untuk tujuan ini adalah sistem selektif frekuensi (filter).
Analisis korelasi memungkinkan Anda untuk menentukan hubungan statistik (ketergantungan) antara sinyal yang diterima dan sinyal referensi yang terletak di sisi penerima. Konsep fungsi korelasi diperkenalkan oleh Taylor pada tahun 1920. Fungsi korelasi adalah rata-rata statistik orde kedua dari waktu ke waktu, atau rata-rata spektral, atau rata-rata probabilistik.
Jika fungsi waktu (urutan kontinu) x(t) dan y(t) memiliki nilai rata-rata aritmatika
Dengan pembagian waktu saluran;
Dengan pembagian kode saluran.
Fungsi periodik memiliki bentuk:
f(t) = f(t+kT), (2,40)
di mana T-period, k-setiap bilangan bulat (k= , 2, …). Periodisitas ada pada seluruh sumbu waktu (-< t <+ ). При этом на любом отрезке времени равном T будет полное описание сигнала.
Gambar 2.10, a, b, c menunjukkan sinyal harmonik periodik u1(t) dan spektrum amplitudo dan fasenya.
Gambar 2.11, a, b, c menunjukkan grafik sinyal periodik u2 (t) - urutan pulsa persegi panjang dan spektrum amplitudo dan fasenya.
Jadi, setiap sinyal dapat direpresentasikan pada interval waktu tertentu sebagai deret Fourier. Kemudian kita akan merepresentasikan pemisahan sinyal dalam hal parameter sinyal, yaitu dalam hal amplitudo, frekuensi, dan pergeseran fasa:
a) sinyal yang seri dengan amplitudo arbitrer, frekuensi non-overlapping dan fase arbitrer dipisahkan oleh frekuensi;
b) sinyal yang barisnya dengan amplitudo arbitrer tumpang tindih dalam frekuensi, tetapi bergeser dalam fase antara komponen yang sesuai dari baris yang dipisahkan dalam fase (pergeseran fase di sini sebanding dengan frekuensi);
Kapasitas tinggi sistem komunikasi sinyal komposit akan ditunjukkan di bawah ini.
c) sinyal yang seri dengan amplitudo sewenang-wenang, dengan komponen yang tumpang tindih dalam frekuensi (frekuensi dapat bertepatan) dan fase sewenang-wenang dipisahkan oleh bentuk.
Pemisahan bentuk adalah pemisahan kode, ketika ada sinyal kompleks (sampel) yang dibuat khusus dari sinyal sederhana di sisi pengirim dan penerima.
Saat menerima sinyal kompleks, pertama-tama tunduk pada pemrosesan korelasi, dan kemudian
sinyal sederhana sedang diproses.
Berbagi Sumber Daya Frekuensi dalam Akses Ganda
Saat ini, sinyal dapat ditransmisikan di lingkungan apa pun (di lingkungan, di kabel, di kabel serat optik, dll.). Untuk meningkatkan efisiensi spektrum frekuensi, dan untuk satu dan saluran transmisi membentuk saluran grup untuk transmisi sinyal melalui satu saluran komunikasi. Di sisi penerima, proses sebaliknya terjadi - pemisahan saluran. Pertimbangkan metode pemisahan saluran yang digunakan:
Gambar 2.21 FDMA Akses Ganda Divisi Frekuensi
Gambar 2.22 Time Division Multiple Access TDMA.
Gambar 2.23 Code Division Multiple Access CDMA
Enkripsi dalam jaringan wi-fi
Enkripsi data dalam jaringan nirkabel menerima begitu banyak perhatian karena sifat alami dari jaringan tersebut. Data ditransmisikan secara nirkabel menggunakan gelombang radio, umumnya menggunakan antena omnidirectional. Dengan demikian, data didengar oleh semua orang - tidak hanya orang yang dituju, tetapi juga tetangga yang tinggal di balik tembok atau "tertarik" yang berhenti dengan laptop di bawah jendela. Tentu saja, jarak operasi jaringan nirkabel (tanpa amplifier atau antena pengarah) kecil - sekitar 100 meter dalam kondisi ideal. Dinding, pohon, dan rintangan lainnya sangat meredam sinyal, tetapi ini tetap tidak menyelesaikan masalah.
Awalnya, hanya SSID (nama jaringan) yang digunakan untuk perlindungan. Tetapi, secara umum, metode seperti itu dapat disebut sebagai pertahanan dengan peregangan besar - SSID ditransmisikan secara jelas dan tidak ada yang mengganggu penyerang untuk menguping, dan kemudian mengganti yang diinginkan dalam pengaturan mereka. Belum lagi (ini berlaku untuk titik akses) mode siaran untuk SSID dapat diaktifkan, mis. itu akan dipaksa untuk disiarkan ke semua pendengar.
Oleh karena itu, diperlukan enkripsi data. Standar pertama adalah WEP - Wired Equivalent Privacy. Enkripsi dilakukan menggunakan kunci 40 atau 104-bit (enkripsi aliran menggunakan algoritma RC4 pada kunci statis). Dan kunci itu sendiri adalah sekumpulan karakter ASCII dengan panjang 5 (untuk kunci 40-bit) atau 13 (untuk kunci 104-bit) karakter. Himpunan karakter ini diterjemahkan ke dalam urutan digit heksadesimal, yang merupakan kuncinya. Driver dari banyak produsen memungkinkan Anda untuk langsung memasukkan nilai heksadesimal (dengan panjang yang sama) alih-alih satu set karakter ASCII. Saya menarik perhatian Anda pada fakta bahwa algoritme untuk mengonversi dari urutan karakter ASCII ke nilai kunci heksadesimal dapat bervariasi dari pabrikan ke pabrikan. Oleh karena itu, jika jaringan menggunakan peralatan nirkabel heterogen dan Anda tidak dapat mengatur enkripsi WEP menggunakan frasa sandi ASCII, coba masukkan kunci dalam notasi heksadesimal.
Tapi bagaimana dengan pernyataan pabrikan tentang dukungan enkripsi 64 dan 128-bit, Anda bertanya? Itu benar, pemasaran berperan di sini - 64 lebih dari 40, dan 128 adalah 104. Pada kenyataannya, data dienkripsi menggunakan kunci dengan panjang 40 atau 104. Tetapi selain frasa ASCII (komponen statis kunci) , ada juga yang namanya Inisialisasi Vektor - IV adalah vektor inisialisasi. Ini berfungsi untuk mengacak sisa kunci. Vektor dipilih secara acak dan berubah secara dinamis selama operasi. Pada prinsipnya, ini adalah solusi yang masuk akal, karena memungkinkan Anda untuk memasukkan komponen acak ke dalam kunci. Panjang vektor adalah 24 bit, sehingga total panjang kunci adalah 64 (40+24) atau 128 (104+24) bit.
Semuanya akan baik-baik saja, tetapi algoritma enkripsi yang digunakan (RC4) saat ini tidak terlalu kuat - dengan keinginan yang kuat, dalam waktu yang relatif singkat, Anda dapat mengambil kunci dengan paksa. Tapi tetap saja, kerentanan utama WEP terhubung secara tepat dengan vektor inisialisasi. Panjang IV hanya 24 bit. Ini memberi kita sekitar 16 juta kombinasi - 16 juta vektor berbeda. Meskipun angka "16 juta" terdengar cukup mengesankan, tetapi di dunia semuanya relatif. Dalam pekerjaan nyata, semua kemungkinan varian kunci akan digunakan dalam jangka waktu sepuluh menit hingga beberapa jam (untuk kunci 40-bit). Setelah itu, vektor akan mulai berulang. Penyerang hanya perlu mengumpulkan paket yang cukup hanya dengan mendengarkan lalu lintas jaringan nirkabel dan menemukan pengulangan ini. Setelah itu, pemilihan static
Konsep "informasi" (dari lat. informasi- klarifikasi, presentasi) dan "pesan" sekarang terkait erat.
Informasi - ini adalah informasi yang menjadi objek transmisi, distribusi, transformasi, penyimpanan atau penggunaan langsung. Pesan adalah salah satu bentuk penyajian informasi. Diketahui bahwa 80...90% informasi yang diterima seseorang melalui organ penglihatan dan 10...20% melalui organ pendengaran. Organ indera lainnya memberikan total 1...2% informasi.
Informasi ditransmisikan dalam bentuk pesan. Pesan - bentuk ekspresi (representasi) informasi, nyaman untuk transmisi jarak jauh. Contoh pesan adalah teks telegram, pidato, musik, gambar televisi, data keluaran komputer, perintah dalam sistem kontrol objek otomatis, dll. Pesan ditransmisikan menggunakan sinyal, yang merupakan pembawa informasi. Jenis utama sinyal adalah sinyal listrik. Baru-baru ini, sinyal optik, n / r, di saluran transmisi informasi serat optik menjadi lebih luas. Sinyal- proses fisik yang menampilkan pesan yang dikirimkan. Tampilan pesan disediakan dengan mengubah jumlah kuantitas fisik yang mencirikan proses. Sinyal mentransmisikan (memperluas) pesan dalam waktu, yaitu selalu fungsi waktu. Sinyal dibentuk dengan mengubah parameter tertentu dari pembawa fisik sesuai dengan pesan yang dikirimkan.
Nilai ini adalah parameter informasi sinyal.Parameter informasi pesan - parameter, dalam perubahan yang informasinya "disematkan". Untuk suara pesan, parameter informasi adalah nilai tekanan suara sesaat, untuk diam gambar - koefisien refleksi, untuk seluler - kecerahan pancaran area layar.
Pada saat yang sama, konsep kualitas dan kecepatan transfer informasi.
Kualitas transmisi informasi lebih tinggi, semakin sedikit distorsi informasi di sisi penerima. Dengan peningkatan kecepatan transfer informasi, perlu dilakukan tindakan khusus untuk mencegah hilangnya informasi dan mengurangi kualitas transfer informasi.
Melewati pesan pada jarak yang dilakukan dengan bantuan pembawa material, n / r, kertas atau pita magnetik atau proses fisik, misalnya gelombang suara atau elektromagnetik, arus, dll.
Transmisi dan penyimpanan informasi dilakukan dengan bantuan berbagai tanda (simbol), yang memungkinkan Anda untuk menyajikannya dalam beberapa bentuk.
Pesan-pesan tersebut dapat berupa fungsi waktu, seperti pidato dalam transmisi percakapan telepon, suhu atau tekanan dalam transmisi data telemetri, kinerja dalam transmisi televisi, dan sejenisnya. Dalam kasus lain, pesan bukan merupakan fungsi waktu (misalnya teks telegram, gambar diam, dll.). Sinyal mengirimkan pesan tepat waktu. Oleh karena itu, selalu merupakan fungsi waktu, meskipun pesan (seperti gambar diam) tidak. Ada 4 jenis sinyal: sinyal kontinu waktu kontinu. (Gbr. 2.2, a), waktu diskrit kontinu. (Gbr. 2.2, b), waktu kontinu diskrit. (Gbr.2.2, c) dan waktu diskrit (Gbr.2.2, d).
Gambar 2.2 - Sinyal kontinu waktu kontinu (a), sinyal kontinu waktu diskrit (b), sinyal diskrit waktu kontinu (c), sinyal diskrit waktu diskrit (d).
Sinyal terus menerus dari waktu terus menerus. disebut sinyal kontinu (analog) yang disingkat. Mereka dapat berubah pada saat yang sewenang-wenang, mengambil nilai apa pun dari serangkaian nilai yang mungkin (sinusoid).
Sinyal waktu diskrit terus menerus dapat mengambil nilai arbitrer, tetapi hanya berubah pada momen (diskrit) tertentu yang telah ditentukan sebelumnya t1, t2, t3 … .
Sinyal Waktu Kontinyu Diskrit berbeda karena mereka dapat berubah pada saat yang sewenang-wenang, tetapi nilainya hanya mengambil nilai yang diizinkan (diskrit).
Sinyal waktu diskrit(disingkat sebagai diskrit) pada momen waktu diskrit, mereka hanya dapat mengambil nilai yang diizinkan (diskrit).
Menurut sifat dari perubahan parameter informasi, ada: kontinu dan diskrit pesan.
analog sinyal adalah fungsi kontinu atau kontinu sebagian dari waktu X(t). Nilai sesaat dari sinyal analog dengan kuantitas fisik dari proses yang sedang dipertimbangkan.
Diskrit sinyal adalah pulsa diskrit yang mengikuti satu sama lain dengan interval waktu t, lebar pulsa sama, dan level (area pulsa) adalah analog dari nilai sesaat dari beberapa kuantitas fisik, yang merupakan sinyal diskrit.
Digital sinyal adalah rangkaian angka-angka diskrit yang mengikuti satu demi satu dengan selang waktu t, dalam bentuk angka-angka biner dan mewakili nilai sesaat dari beberapa besaran fisis.
Sinyal kontinu atau analog adalah sinyal yang dapat mengambil tingkat nilai apa pun dalam rentang nilai. Sinyal kontinu waktu adalah sinyal yang diberikan pada seluruh sumbu waktu.
Misalnya, ucapan adalah pesan berkelanjutan baik dalam tingkat dan waktu, dan sensor suhu yang mengeluarkan nilainya setiap 5 menit berfungsi sebagai sumber pesan yang terus menerus besarnya tetapi diskrit dalam waktu.
Konsep jumlah informasi dan kemungkinan pengukurannya merupakan dasar dari teori informasi. Teori informasi muncul pada abad ke-20. Pelopor teori informasi adalah Claude Shannon (AS), A.N. Kolmogorov (USSR) R. Hartley (AS), dll. Menurut Claude Shannon, informasi adalah ketidakpastian yang dihilangkan. Itu. keinformatifan pesan x-xia terkandung di dalamnya informasi yang berguna yaitu bagian dari pesan yang mengurangi ketidakpastian sesuatu yang ada sebelum diterima.
Memuat...