Semnale și tipurile lor. Tipuri de semnale: analog, digital, discret

Conceptul de „informație” (din lat. informație- clarificare, prezentare) și „mesaj” sunt acum indisolubil legate.

informație - este vorba de informații care fac obiectul transmiterii, distribuției, transformării, stocării sau utilizării directe. Un mesaj este o formă de prezentare a informațiilor. Se știe că 80...90% din informațiile pe care le primește o persoană prin organele vederii și 10...20% prin organele auzului. Alte organe de simț oferă un total de 1...2% din informații.

Informațiile sunt transmise în formular mesaje. Mesaj - o formă de exprimare (reprezentare) a informației, convenabilă pentru transmiterea la distanță. Exemple de mesaje sunt textele telegramelor, vorbirea, muzica, imaginea de televiziune, datele de ieșire ale computerului, comenzile într-un sistem automat de control al obiectelor etc. Mesajele sunt transmise folosind semnale, care sunt purtători de informații. Principalul tip de semnale sunt semnalele electrice. Recent, semnalele optice, n/r, în liniile de transmisie a informațiilor prin fibră optică sunt din ce în ce mai răspândite. Semnal- procesul fizic care afiseaza mesajul transmis. Afișarea mesajului este asigurată prin schimbare a-l fizic cantitatea care caracterizează procesul. Semnalul transmite (extinde) mesajul în timp, adică este întotdeauna în funcție de timp. Semnalele se formează prin modificarea anumitor parametri ai purtătorului fizic în conformitate cu mesajul transmis.

Această valoare este parametru de informare a semnalului.Parametru de informații despre mesaj - parametru, în modificarea căruia informațiile sunt „încorporate”. Pentru sunet mesaje, parametrul de informare este valoarea instantanee a presiunii sonore, pt nemişcat imagini - coeficient de reflexie, pt mobil - luminozitatea strălucirii zonelor ecranului.

în care importanţă au un concept calitateși viteză transfer de informatii.

Calitatea transmiterii informațiilor este mai mare, cu atât mai puțină distorsiunea informațiilor din partea receptoare. Odată cu creșterea vitezei de transfer de informații, este necesar să se ia măsuri speciale pentru a preveni pierderea de informații și a reduce calitatea transferului de informații.

Mesajul trece la o distanta de cu ajutorul mediu tangibil, n/r, hârtie sau bandă magnetică sau un proces fizic, cum ar fi sunetul sau undele electromagnetice, curent etc.

Transmiterea și stocarea informațiilor se realizează cu ajutorul diferitelor semne (simboluri), care vă permit să le prezentați într-o anumită formă.

Mesajele pot fi funcții ale timpului, cum ar fi vorbirea în transmisie convorbiri telefonice, temperatura sau presiunea în timpul transmiterii datelor de telemetrie, performanța în timpul transmisiei la televizor etc. În alte cazuri, mesajul nu este o funcție de timp (ex. text telegramă, imagine statică etc.). Semnal transmite un mesaj la timp. Prin urmare, este întotdeauna o funcție a timpului, chiar dacă mesajul (cum ar fi o imagine statică) nu este. Există 4 tipuri de semnale: un semnal continuu de timp continuu. (Fig. 2.2, a), timp discret continuu. (Fig. 2.2, b), timp continuu discret. (Fig.2.2, c) și timp discret discret (Fig.2.2, d).

Figura 2.2 - Semnal continuu de timp continuu (a), semnal continuu de timp discret (b), semnal discret de timp continuu (c), semnal discret de timp discret (d).

Semnale continue de timp continuu. numite semnale abreviate continue (analogice). Ele se pot schimba în momente arbitrare, luând orice valoare dintr-un set continuu de valori posibile (sinusoid).

Semnale de timp discrete continue poate lua valori arbitrare, dar se schimbă numai în anumite momente, predeterminate (discrete). t1, t2, t3 … .

Semnale temporale continue discrete diferă prin faptul că se pot schimba în momente arbitrare, dar valorile lor iau numai valori permise (discrete).

Semnale temporale discrete(abreviate ca discrete) la momente discrete de timp, ele pot lua numai valori permise (discrete).

În funcție de natura modificării parametrilor informaționali, există continuuși discret mesaje.

analogic semnalul este o funcție continuă sau parțial continuă a timpului X(t). Valorile instantanee ale semnalului sunt analoge cu mărimea fizică a procesului luat în considerare.

Discret semnalul este impulsuri discrete care se succed unul pe altul cu un interval de timp Δt, lățimea impulsului este aceeași, iar nivelul (aria pulsului) este un analog al valorii instantanee a unei mărimi fizice, care este un semnal discret.

Digital semnalul este o serie discretă de cifre care urmează una după alta cu un interval de timp Δt, sub formă de cifre binare și reprezentând valoarea instantanee a unei mărimi fizice.

Un semnal continuu sau analogic este un semnal care poate prelua orice nivel de valori într-un interval de valori. Un semnal în timp continuu este un semnal dat pe întreaga axă a timpului.

De exemplu, vorbirea este un mesaj continuu atât în ​​nivel, cât și în timp, iar un senzor de temperatură care își emite valorile la fiecare 5 minute servește ca sursă de mesaje care sunt continue ca magnitudine, dar discrete în timp.

Conceptul de cantitate de informație și posibilitatea de măsurare a acesteia stă la baza teoriei informației. Teoria informației a apărut în secolul al XX-lea. Pionierii teoriei informației sunt Claude Shannon (SUA), A.N. Kolmogorov (URSS) R. Hartley (SUA), etc. Potrivit lui Claude Shannon, informația este incertitudinea îndepărtată. Acestea. caracterul informativ al mesajului x-x conținut în acesta Informatii utile acestea. acea parte a mesajului care reduce incertitudinea a ceva care există înainte de a fi primit.

Scopul poveștii este să arate care este esența conceptului de „semnal”, ce semnale comune există și care sunt caracteristicile lor comune.

Ce este un semnal? La această întrebare, chiar și un copil mic va spune că acesta este „un astfel de lucru cu care poți spune ceva”. De exemplu, cu ajutorul unei oglinzi și al soarelui, semnalele pot fi transmise pe o distanță de linie de vedere. Pe nave, semnalele erau transmise cândva folosind steagurile semaforului. Acest lucru a fost făcut de semnalizatori special instruiți. Astfel, cu ajutorul unor astfel de steaguri s-au transmis informații. Iată cum să transmiteți cuvântul „semnal”:

În natură, există o mare varietate de semnale. Da, de fapt, orice poate fi un semnal: o notă lăsată pe masă, un fel de sunet - poate servi drept semnal pentru a începe o anumită acțiune.

Bine, totul este clar cu astfel de semnale, așa că voi trece la semnalele electrice, care în natură nu sunt mai puțin decât oricare altele. Dar cel puțin ele pot fi oarecum împărțite condiționat în grupuri: triunghiulare, sinusoidale, dreptunghiulare, dinți de ferăstrău, un singur impuls etc. Toate aceste semnale sunt numite astfel pentru modul în care arată atunci când sunt reprezentate pe o diagramă.

Semnalele pot fi folosite ca metronom pentru numărarea bătăilor (ca semnal de ceas), pentru cronometrare, ca impulsuri de control, pentru controlul motoarelor sau pentru testarea echipamentelor și transmiterea informațiilor.

Caracteristici el. semnale

Într-un sens, un semnal electric este un grafic care arată schimbarea tensiunii sau a curentului în timp. Ce înseamnă în rusă: dacă luați un creion și marcați timpul de-a lungul axei X și tensiunea sau curentul de-a lungul Y și marcați valorile corespunzătoare ale tensiunii în anumite momente cu puncte, atunci finalul imaginea va arăta forma de undă:

Există o mulțime de semnale electrice, dar acestea pot fi împărțite în două grupuri mari:

• Unidirecțional
• Bidirecțional

Acestea. in unidirectional curentul curge intr-o singura directie (sau nu curge deloc), iar in bidirectional curentul este variabil si curge "acolo" si "aici".

Toate semnalele, indiferent de tip, au următoarele caracteristici:

• Perioadă - intervalul de timp după care semnalul începe să se repete. Cel mai adesea notat cu T
• Frecvență -- indică de câte ori se va repeta semnalul într-o secundă. Măsurată în herți. De exemplu 1 Hz = 1 repetare pe secundă. Frecvența este reciproca perioadei ( ƒ = 1/T )
• Amplitudine -- măsurat în volți sau amperi (în funcție de faptul că semnalul este curent sau tensiune). Amplitudinea se referă la „puterea” semnalului. Cât de mult se abate graficul semnalului de la axa x.

Tipuri de semnal

sinusoid

Cred că reprezentarea unei funcții al cărei grafic din imaginea de mai sus nu are sens vă este bine cunoscută sin(x). Perioada sa este de 360 ​​o sau 2pi radiani (2pi radiani = 360 o).

Și dacă împărțiți 1 secundă la perioada T, atunci veți afla câte perioade sunt într-o secundă, sau, cu alte cuvinte, cât de des se repetă perioada. Adică vei determina frecvența semnalului! Apropo, este indicat în herți. 1 Hz = 1 sec / 1 repetare pe secundă

Frecvența și perioada sunt inverse una față de cealaltă. Cu cât perioada este mai lungă, cu atât frecvența este mai mică și invers. Relația dintre frecvență și perioadă este exprimată prin relații simple:

Semnalele care au formă dreptunghiulară sunt numite „semnale dreptunghiulare”. Ele pot fi împărțite condiționat în doar semnale dreptunghiulare și meandre. O undă pătrată este o undă pătrată ai cărei timpi de puls și pauză sunt egali. Și dacă adăugăm durata pauzei și pulsul, obținem perioada meandrei.

Un semnal dreptunghiular obișnuit diferă de un meadru prin faptul că are un impuls și o durată de pauză diferită (fără puls). Vedeți imaginea de mai jos - spune mai mult de o mie de cuvinte.

Apropo, pentru semnalele dreptunghiulare, mai sunt doi termeni pe care ar trebui să-i cunoști. Sunt inverse unul față de celălalt (cum ar fi perioada și frecvența). aceasta povestireși factor de umplere. Raportul (S) este egal cu raportul dintre perioada și durata pulsului și invers pentru coeficient. umplere.

Astfel, meandrul este un semnal dreptunghiular cu un ciclu de lucru egal cu 2. Deoarece perioada sa este de două ori mai mare decât durata pulsului.

S - ciclu de lucru, D - ciclu de lucru, T - perioada pulsului, - durata impulsului.

Apropo, graficele de mai sus arată semnale ideale de unde pătrate. În viață, arată ușor diferit, deoarece în niciun dispozitiv semnalul nu se poate schimba absolut instantaneu de la 0 la o anumită valoare și înapoi la zero.

Dacă urcăm muntele și apoi coborâm imediat și înregistrăm modificarea înălțimii poziției noastre pe grafic, vom obține un semnal triunghiular. O comparație dură, dar adevărată. În semnalele triunghiulare, tensiunea (curentul) crește mai întâi și apoi începe imediat să scadă. Și pentru un semnal triunghiular clasic, timpul de creștere este egal cu timpul de cădere (și este egal cu jumătate din perioadă).

Dacă un astfel de semnal are un timp de creștere mai mic sau mai mare decât un timp de scădere, atunci astfel de semnale sunt deja numite dinți de ferăstrău. Și despre ele mai jos.

semnal din dinți de ferăstrău

După cum am scris mai sus, un semnal triunghiular asimetric se numește dinte de ferăstrău. Toate aceste nume sunt condiționate și sunt necesare pur și simplu pentru comoditate.

semnal analog este o funcție continuă a unui argument continuu, adică definit pentru orice valoare a variabilei independente. Sursele de semnale analogice, de regulă, sunt procese fizice și fenomene care sunt continue în dezvoltarea lor (dinamica modificărilor valorilor anumitor proprietăți) în timp, în spațiu sau în orice altă variabilă independentă, în timp ce semnalul este similar (asemănător) cu procesul care îl generează. Un exemplu de notație matematică pentru un anumit semnal analogic: y(t) = 4,8exp[-( t-4) 2 /2,8]. Un exemplu de afișare grafică a acestui semnal este prezentat în Fig. 2.2.1, în timp ce atât valorile numerice ale funcției în sine, cât și argumentele acesteia pot lua orice valoare în anumite intervale y 1 £ y £ y 2,t 1 £ t £ t 2. Dacă intervalele valorilor semnalului sau ale variabilelor sale independente nu sunt limitate, atunci implicit sunt luate egale de la -¥ la +¥. Setul de valori posibile ale semnalului formează un spațiu continuu în care orice punct poate fi determinat cu o precizie infinită.

Orez. 2.2.1. Afișarea grafică a semnalului y(t) = 4,8exp[-( t-4) 2 /2.8].

semnal discretîn valorile sale este și o funcție continuă, dar definită doar în valorile discrete ale argumentului. Conform setului valorilor sale, este finit (numărabil) și este descris printr-o succesiune discretă y(n×D t), Unde y 1 £ y £ y 2, D t- intervalul dintre probe (interval de eșantionare semnal), n = 0, 1, 2, ..., N– numerotarea valorilor discrete ale citirilor. Dacă un semnal discret este obținut prin eșantionarea unui semnal analogic, atunci este o secvență de eșantioane ale căror valori sunt exact egale cu valorile semnalului original în coordonate n D t.

Un exemplu de eșantionare a semnalului analogic prezentat în Fig. 2.2.1 este prezentat în Fig. 2.2.2. La D t= const (eșantionare uniformă a datelor) un semnal discret poate fi descris prin abreviere y(n).

În cazul eșantionării neuniforme a semnalului, denumirile secvențelor discrete (în descrierile textului) sunt de obicei cuprinse între paranteze - ( s(t i)), iar valorile citirilor sunt date sub formă de tabele care indică valorile coordonatelor t i. Pentru secvențele numerice scurte neuniforme, se aplică și următoarea descriere numerică: s(t i) = {A 1 , A 2 , ..., un N}, t = t 1 , t 2 , ..., t N.

semnal digital cuantificat în valorile sale și discret în argumentare. Este descrisă de funcția rețelei cuantificate y n = Q k[y(n D t)], Unde Q k- funcţie de cuantizare cu număr de niveluri de cuantizare k, în timp ce intervalele de cuantizare pot fi atât cu o distribuție uniformă, cât și cu una neuniformă, de exemplu, una logaritmică. Un semnal digital este specificat, de regulă, sub forma unui tablou numeric prin valori succesive ale argumentului când D t = const, dar, în cazul general, semnalul poate fi specificat și sub forma unui tabel pentru valorile arbitrare ale argumentului.

În esență, un semnal digital este o versiune formalizată a unui semnal discret atunci când valorile acestuia din urmă sunt rotunjite la un anumit număr de cifre, așa cum se arată în Fig. 2.2.3. În sistemele digitale și în calculatoare, semnalul este întotdeauna reprezentat cu o acuratețe de un anumit număr de biți și, prin urmare, este întotdeauna digital.Ținând cont de acești factori, la descrierea semnalelor digitale, funcția de cuantizare este de obicei omisă (se presupune să fie uniformă implicit), iar regulile de descriere a semnalelor discrete sunt folosite pentru a descrie semnalele.

Orez. 2.2.2. Semnal discret 2.2.3. semnal digital

y(n D t) = 4,8exp[-( n D t-4) 2 /2,8], D t= 1. y n = Qk, D t=1, k = 5.

În principiu, un semnal analogic înregistrat de echipamentul digital corespunzător poate fi cuantificat și în ceea ce privește valorile sale (Fig. 2.2.4). Dar nu are sens să separăm aceste semnale într-un tip separat - ele rămân semnale analogice continue pe bucăți cu un pas de cuantizare, care este determinat de eroarea de măsurare admisă.

Cele mai multe dintre semnalele discrete și digitale cu care aveți de-a face sunt semnale analogice eșantionate. Dar există semnale care aparțin inițial clasei discrete, de exemplu, cuante gamma.

Orez. 2.2.4. Semnal cuantizat y(t)= Q k, k = 5.

Reprezentarea spectrală a semnalelor. Pe lângă reprezentarea temporală (coordonată) obișnuită a semnalelor și funcțiilor, în analiza și prelucrarea datelor este utilizată pe scară largă descrierea semnalelor prin funcții de frecvență, adică. prin argumente, argumente inverse ale reprezentării temporare (coordonate). Posibilitatea unei astfel de descrieri este determinată de faptul că orice semnal, arbitrar complex ca formă, poate fi reprezentat ca o sumă de semnale mai simple și, în special, ca o sumă a celor mai simple. vibratii armonice, a cărui totalitate se numește spectrul de frecvență al semnalului. Matematic, spectrul de semnale este descris prin funcții ale valorilor amplitudinilor și fazelor inițiale ale oscilațiilor armonice în termeni de argument continuu sau discret - frecvență. Spectrul de amplitudine este de obicei numit răspuns în frecvență(răspunsul în frecvență) al semnalului, spectrul unghiurilor de fază - răspuns de fază(PFC). Descriere spectrul de frecvențe afișează semnalul la fel de clar ca descrierea coordonatelor.

Pe Fig. 2.2.5 prezintă un segment al funcției semnal, care se obține prin însumarea componentei constante (frecvența componentei constante este 0) și a trei oscilații armonice. Descriere matematică semnalul este determinat de formula:

Unde A n= (5, 3, 6, 8) - amplitudine; f n= (0, 40, 80, 120) - frecvență (Hz); φ n= (0, -0,4, -0,6, -0,8) - unghiul inițial de fază (în radiani) al oscilațiilor; n = 0,1,2,3.

Orez. 2.2.5. Reprezentarea temporală a unui semnal.

Reprezentarea în frecvență a acestui semnal (spectrul semnalului sub formă de răspuns în frecvență și răspuns de fază) este prezentată în Fig. 2.2.6. Rețineți că reprezentarea în frecvență a unui semnal periodic s(t), limitată în numărul de armonici ale spectrului, este de doar opt eșantioane și este foarte compactă în comparație cu reprezentarea în timp continuu, definită în intervalul de la -¥ la +¥.

Orez. 2.2.6. Reprezentarea în frecvență a semnalului.

Afișaj grafic semnalele analogice (Fig. 2.2.1) nu necesită nicio explicație specială. Pentru afișarea grafică a semnalelor discrete și digitale, fie metoda segmentelor discrete directe de lungimea scării corespunzătoare deasupra axei argumentului (Fig. 2.2.6), fie metoda anvelopei (netedă sau întreruptă) prin citirea valorilor (curba întreruptă). în Fig. 2.2.2). Datorită continuității câmpurilor și, de regulă, caracterului secundar al datelor digitale obținute prin eșantionarea și cuantizarea semnalelor analogice, vom considera a doua metodă de afișare grafică ca fiind cea principală.

Tipuri de semnal

Semnal

Semnal este un proces fizic, a cărui caracteristică are o semnificație informațională.

De exemplu, un semnal luminos (flux de lumină) se caracterizează prin luminozitate, culoare, proprietăți de polarizare, direcția de propagare etc.

Informațiile pot fi transmise fie de una dintre aceste caracteristici, fie de o combinație simultană a mai multor caracteristici.

Semnalul apare în natură în timpul interacțiunii obiectelor materiale și poartă informații despre această interacțiune. Semnalul este capabil să se miște, să se propagă într-un mediu material, oferind astfel transferul spațial al informațiilor de la obiect (sursa evenimentului) la subiect (observator). Mediul material în care se propagă semnalul se numește purtător de semnal.

Semnalele diferă în primul rând în ceea ce privește natura fizica. Exemple: semnal luminos, semnal sonor, semnal electric, semnal radio...

În funcție de sursa care le generează, semnalele sunt natural sau artificial.

Semnalele naturale apar din cauza faptului că undeva în natura animată sau neînsuflețită obiectele materiale interacționează. Acesta este un proces natural care nu are nimic de-a face cu activitatea umană. Exemple: strălucirea Soarelui, cântatul păsărilor, răspândirea mirosului de flori...

Semnalele artificiale sunt inițiate de o persoană sau apar în sisteme tehnice creat de om. Exemple: semnalele electrice ale liniei telefonice; semnale radio; flacără sau foc de tabără; semnal de trafic; sirena de pompieri...

Forma semnalelor sunt analogic, discretși digital.

Semnal analog (sau continuu). este un proces fizic, a cărui informație caracteristică se schimbă fără probleme. De exemplu, un semnal electric care se schimbă fără probleme (Fig. 1). Alte exemple: semnal sonor, semnal de lumină naturală. Aproape toate semnalele naturale sunt analogice.

O caracteristică a unui semnal analogic este estomparea graniței dintre cele două valori adiacente ale sale. Numărul total de valori care pot caracteriza un semnal analogic este infinit.

semnal discret este un proces fizic, a cărui informație caracteristică se modifică treptat și poate lua doar o parte set limitat valori (Fig. 2).

O caracteristică a unui semnal discret este o distincție clară între două valori diferite ale semnalului. Numărul total de valori posibile pe care le poate lua un semnal discret este întotdeauna limitat.

De exemplu, o lampă inclusă în circuit electric. Lampa poate fi aprinsă sau stinsă. Dacă lampa este aprinsă, aceasta servește ca un semnal că există curent în circuit. Dacă nu este aprins, nu există curent. Valorile intermediare (cu ce luminozitate arde lampa) nu sunt luate în considerare aici - există doar două valori: fie pornit, fie oprit.

Un alt exemplu: un anumit mesaj este transmis prin telegraf.

Mesajul este transmis folosind codul Morse, care folosește trei valori diferite: punct, liniuță și spațiu (pauză). Semnalul care poartă acest mesaj va avea, de asemenea, doar trei semnificații diferite: semnal scurt, semnal lung și fără semnal. Deoarece numărul de valori posibile ale semnalului este limitat, acesta este un semnal discret.

Semnalele discrete sunt de obicei artificiale(creat de o persoană sau de un sistem tehnic).

Semnale analogice, discrete și digitale

Una dintre tendințele de dezvoltare sisteme moderne comunicarea este utilizarea pe scară largă a procesării semnalelor discret-analogice și digitale (DAO și DSP).

Semnalul analogic Z'(t), utilizat inițial în inginerie radio, poate fi reprezentat ca un grafic continuu (Fig. 2.10a). Semnalele analogice includ semnale AM, FM, FM, semnale ale senzorilor de telemetrie etc. Dispozitivele care procesează semnale analogice sunt numite dispozitive de procesare analogică. Astfel de dispozitive includ convertoare de frecvență, diverse amplificatoare, filtre LC etc.

Recepția optimă a semnalelor analogice, de regulă, asigură un algoritm optim de filtrare liniară, care este deosebit de relevant atunci când se utilizează semnale complexe asemănătoare zgomotului. Cu toate acestea, în acest caz, construcția unui filtru potrivit este foarte dificilă. Atunci când se utilizează filtre potrivite bazate pe linii de întârziere multi-tap (magnetostrictive, cuarț etc.), se obține o atenuare mare, dimensiuni și instabilitate de întârziere. Filtrele bazate pe unde acustice de suprafață (SAW) sunt promițătoare, dar durata scurtă a semnalelor procesate în ele și complexitatea reglajului parametrilor filtrului limitează aplicarea acestora.

În anii 1940, RES-urile analogice au fost înlocuite cu dispozitive pentru procesarea discretă a proceselor de intrare analogice. Aceste dispozitive oferă procesare analogică discretă (DAP) a semnalelor și au capacități mari. Aici semnalul este discret în timp, continuu în stări. Un astfel de semnal Z'(kT) este o succesiune de impulsuri cu amplitudini egale cu valorile semnalului analogic Z'(t) la momente discrete t=kT, unde k=0,1,2,... sunt numere întregi. Tranziția de la un semnal continuu Z'(t) la o secvență de impulsuri Z'(kT) se numește eșantionare în timp.

Ilustrația 2.10 Semnale analogice, discrete și digitale

Figura 2.11 Eșantionarea semnalului analogic

Semnalul analogic poate fi eșantionat în timp prin cascada de coincidență „ȘI” (Fig. 2.11), la intrarea căreia acționează semnalul analogic Z’(t). Cascada de coincidență este controlată de tensiunea de ceas UT(t) - impulsuri scurte de durata t și care urmează la intervale T>> t.

Intervalul de eșantionare T este ales în conformitate cu teorema Kotelnikov T=1/2Fmax, unde Fmax este frecvența maximă în spectrul semnalului analogic. Frecvența fd = 1/T se numește frecvență de eșantionare, iar setul de valori ale semnalului la 0, T, 2T, ... se numește semnal cu modulație de amplitudine-impuls (AIM).

Până la sfârșitul anilor 1950, semnalele AIM erau folosite doar la conversia semnalelor de vorbire. Pentru transmisia pe un canal de releu radio, semnalul AIM este convertit într-un semnal de modulație de fază impuls (PPM). În acest caz, amplitudinea impulsurilor este constantă, iar informațiile despre mesajul de vorbire sunt conținute în deviația (faza) Dt a pulsului față de o poziție medie. Folosind impulsuri scurte ale unui semnal și plasând impulsuri ale altor semnale între ele, se obține o comunicare multicanal (dar nu mai mult de 60 de canale).

În prezent, DAO se dezvoltă intens pe baza utilizării „lanțurilor de foc” (FC) și a dispozitivelor cuplate cu încărcare (CCD).

La începutul anilor 1970, pe rețelele de comunicații din diferite țări și din URSS, în care sunt utilizate semnale digitale, au început să apară sisteme cu modulare în cod de impuls (PCM).

Procesul PCM este o conversie a unui semnal analogic în numere, constă din trei operații: eșantionarea timpului la intervalele T (Fig. 2.10, b), cuantificarea nivelului (Fig. 2.10, c) și codificare (Fig. 2.10, e). Operația de discretizare a timpului a fost discutată mai sus. Operația de cuantificare a nivelului constă în aceea că secvența de impulsuri, ale căror amplitudini corespund valorilor semnalului analog 3 la momente discrete, este înlocuită cu o secvență de impulsuri ale căror amplitudini pot lua doar un număr limitat de valori fixe. . Această operație duce la o eroare de cuantizare (Fig. 2.10, d).

Semnalul ZKB'(kT) este un semnal discret atât în ​​timp, cât și în stări. Valorile posibile u0, u1,…,uN-1 ale semnalului Z’(kT) pe partea de recepție sunt cunoscute, prin urmare, nu valorile uk pe care semnalul primit în intervalul T sunt transmise, ci numai numărul său de nivel k. Pe partea de recepție, valoarea uk este restaurată folosind numărul k primit. În acest caz, secvențe de numere în sistem binar cifrele sunt cuvinte de cod.

Procesul de codificare constă în transformarea semnalului cuantificat Z'(kT) într-o succesiune de cuvinte cod (x(kT)). Pe fig. 2.10, e cuvintele cod sunt afișate ca o secvență de combinații de cod binar folosind trei cifre.

Operațiile PCM considerate sunt utilizate în RPU cu DSP, în timp ce PCM este necesar nu numai pentru semnalele analogice, ci și pentru cele digitale.

Vom arăta necesitatea PCM atunci când primim semnale digitale pe un canal radio. Deci, la transmiterea în intervalul decametrului, elementul xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx al semnalului digital xi(kT) (i=0,1), reflectând al n-lea element al codului, semnalul așteptat la intrarea RPU împreună cu zgomotul aditiv ξ( t) poate fi reprezentat ca:

z / i (t)= µx(kT) + ξ(t) , (2.2)

la (0 ≤ t ≥ TE),

unde μ este coeficientul de transfer al canalului, TE este durata de timp a elementului semnal. Din (2.2) se poate observa că zgomotul la intrarea RPU formează un set de semnale reprezentând o oscilație analogică.

Exemple de circuite digitale sunt elemente logice, registre, flip-flops, contoare, dispozitive de stocare etc. În funcție de numărul de noduri de pe IC și LSI, RPU cu DSP sunt împărțite în două grupe:

1. RPU analog-digital, care au noduri individuale implementate pe IC: sintetizator de frecvență, filtre, demodulator, AGC etc.

2. Receptoare radio digitale (CRPU), în care semnalul este procesat după un convertor analog-digital (ADC).

Pe fig. 2.12 prezintă elementele CRPA principal (canal de informare) din domeniul decametrului:: partea analogică a căii de recepție (ACFT), ADC (format dintr-un eșantionare, cuantificator și encoder), partea digitală a căii de recepție ( TsChPT), un convertor digital-analogic (DAC) și un filtru trece-jos (LPF). Liniile duble indică transmisia de semnale digitale (coduri), iar liniile simple indică transmisia de semnale analogice și AIM.

Figura 2.12 Elemente ale CRPU principal (canal de informare) din domeniul decametrului

AFFT efectuează selectivitate preliminară de frecvență, amplificare semnificativă și conversie de frecvență a semnalului Z'(T). ADC convertește semnalul analogic Z'(T) în x(kT) digital (Fig. 2.10,e).

În CCPT, de regulă, se realizează conversia suplimentară a frecvenței, selectivitatea (în filtrul digital - selectivitatea principală) și demodularea digitală a mesajelor analogice și discrete (telegrafie de frecvență, fază relativă și amplitudine). La ieșirea CCHPT, obținem un semnal digital y (kT) (Fig. 2.10, e). Acest semnal, procesat conform unui algoritm dat, este alimentat de la ieșirea CCHPT către DAC sau către dispozitivul de memorie al computerului (la primirea datelor).

În DAC și LPF conectate în serie, semnalul digital y(kT) este mai întâi convertit într-un semnal y(t), continuu în timp și discret în stări, iar apoi în yФ(t), care este continuu în timp și stări ( Fig. 2.10, g, h).

Dintre numeroasele metode de procesare a semnalului digital din CRPD, cele mai importante sunt filtrare digitalăși demodulare. Luați în considerare algoritmii și structura filtrului digital (DF) și a demodulatorului digital (DDM).

Un filtru digital este un sistem discret (dispozitiv fizic sau program de calculator). În ea, secvența de mostre numerice (x(kT)) ale semnalului de intrare este convertită într-o secvență (y(kT)) a semnalului de ieșire.

Principalii algoritmi de filtru digital sunt: ​​ecuația diferențelor liniare, ecuația de convoluție discretă, operatorul Funcția de transmisieîn planul z și răspunsul în frecvență.

Ecuațiile care descriu secvențele de numere (impulsuri) la intrarea și la ieșirea filtrului digital (sistem discret cu întârziere) se numesc ecuații ale diferențelor liniare.

Ecuația diferențelor liniare a filtrului digital recursiv are forma:

, (2.3)

unde x[(k-m)T] și y[(k-n)T] sunt valorile secvențelor de intrare și de ieșire ale probelor numerice la momentele (k-m)T și, respectiv, (k-n)T; m și n sunt numărul de eșantioane numerice anterioare de intrare și, respectiv, de ieșire însumate întârziat;

a0, a1, …, am și b1, b2, …, bn sunt coeficienți de greutate reali.

În (3), primul termen este o ecuație de diferență liniară a unui filtru digital nerecursiv. Ecuația de convoluție discretă a filtrului digital este obținută dintr-un filtru digital nerecursiv cu diferență liniară prin înlocuirea al în el cu h(lT):

, (2.4)

unde h(lT) – răspuns la impuls CF, care este un răspuns la un singur puls.

Funcția de transfer al operatorului este raportul dintre funcțiile transformate de Laplace la ieșirea și intrarea filtrului digital:

, (2.5)

Această funcție se obține direct din ecuațiile diferențelor prin aplicarea transformării Laplace discrete și a teoremei deplasării.

Transformarea Laplace discretă, de exemplu, a secvenței (x(kT)) este înțeleasă ca obținerea unei imagini L de forma

, (2.6)

unde p=s+jw este operatorul complex Laplace.

Teorema deplasării (deplasării) aplicată funcțiilor discrete poate fi formulată: deplasarea în timp a variabilei independente a originalului cu ±mT corespunde înmulțirii imaginii L cu . De exemplu,

Ținând cont de proprietățile liniarității transformare discretă Laplace și teorema deplasării, succesiunea de numere de ieșire a unui filtru digital nerecursiv va lua forma

, (2.8)

Apoi, funcția de transfer al operatorului a filtrului digital nerecursiv:

, (2.9)

Figura 2.13

În mod similar, ținând cont de formula (2.3), obținem funcția de transfer de operator a filtrului digital recursiv:

, (2.10)

Formulele pentru funcțiile de transfer de operator au o formă complexă. Prin urmare, mari dificultăți apar în studiul câmpurilor și polilor (rădăcinile polinomului numărătorului din fig. 2.13 și rădăcinile polinomului numitorului), care în planul p au o structură frecvență-periodă.

Analiza și sinteza filtrului digital se simplifică la aplicarea transformării z, când acestea trec la o nouă variabilă complexă z, raportată la p prin raportul z=epT sau z-1=e-рT. Aici planul complex p=s+jw este mapat de un alt plan complex z=x+jy. Acest lucru necesită ca es+jw=x+jy. Pe fig. 2.13 arată planuri complexe p și z.

După ce am făcut schimbarea variabilelor e-pT=z-1 în (2.9) și (2.10), obținem funcțiile de transfer în planul z, respectiv, pentru filtrele digitale nerecursive și recursive:

, (2.11)

, (2.12)

Funcția de transfer a unui filtru digital nerecursiv are doar zerouri, deci este absolut stabilă. Un filtru digital recursiv va fi stabil dacă polii săi sunt localizați în interiorul cercului unitar al planului z.

Funcția de transfer a filtrului digital sub forma unui polinom în puteri negative variabila z face posibilă direct prin forma funcției HC(z) realizarea unei scheme bloc a filtrului digital. Variabila z-1 se numește operator de întârziere unitară, iar în diagramele bloc este elementul de întârziere. Prin urmare, puterile mai mari ale numărătorului și numitorului funcției de transfer HC(z)rec determină numărul de elemente de întârziere, respectiv, în părțile nerecursive și recursive ale filtrului digital.

Răspunsul în frecvență al unui filtru digital se obține direct din funcția sa de transfer în planul z prin înlocuirea z cu ejl (sau z-1 cu e-jl) și efectuarea transformărilor necesare. Prin urmare, răspunsul în frecvență poate fi scris astfel:

, (2.13)

unde CC(l) este caracteristica amplitudine-frecvență (AFC) și φ(l) este caracteristica fază-frecvență a filtrului digital; l=2 f' - frecventa digitala; f '=f/fD - frecventa relativa; f este frecvența ciclică.

Caracteristicile KTs(jl) ale filtrului digital este o funcție periodică a frecvenței digitale l cu o perioadă de 2 (sau una în frecvențe relative). Într-adevăr, ejl±jn2 = ejl ±jn2 = ejl, deoarece prin formula lui Euler ejn2 = cosn2 + jsinn2 = 1.

Figura 2.14 Schema structurală a circuitului oscilator

În inginerie radio, cu procesarea semnalului analogic, cel mai simplu filtru de frecventa este circuit oscilator LC. Să arătăm că în procesarea digitală, cel mai simplu filtru de frecvență este o legătură recursivă de ordinul doi, a cărei funcție de transfer în planul z este

, (2.14)

A schema structurala are forma prezentată în fig. 2.14. Aici operatorul Z-1 este un element discret al întârzierii pentru un ciclu de ceas al filtrului digital, liniile cu săgeți indică înmulțirea cu a0, b2 și b1, „bloc +” denotă sumatorul.

Pentru a simplifica analiza, în expresia (2.14) luăm a0=1, reprezentând-o în puteri pozitive ale lui z, obținem

, (2.15)

Funcția de transfer a unui rezonator digital, precum și a unui circuit LC oscilant, depinde numai de parametrii circuitului. Rolul L,C,Rîndepliniți coeficienții b1 și b2.

Din (2.15) se poate observa că funcția de transfer a legăturii recursive de ordinul doi are un zero al celei de-a doua multiplicități în planul z (în punctele z=0) și doi poli

și

Ecuația pentru răspunsul în frecvență al legăturii recursive de ordinul doi se obține din (2.14), înlocuind z-1 cu e-jl (pentru a0=1):

, (2.16)

Caracteristica amplitudine-frecvență este egală cu modulul (2.16):

După efectuarea transformărilor elementare. Răspunsul în frecvență al legăturii recursive de ordinul doi va lua forma:

Figura 2.15 Graficul legăturii recursive de ordinul doi

Pe fig. 2.15 prezintă grafice în conformitate cu (2.18) pentru b1=0. Din grafice se poate observa că legătura recursivă de ordinul doi este un sistem electoral de bandă îngustă, adică. rezonator digital. Aici este prezentată doar secțiunea de lucru a gamei de frecvență a rezonatorului f ’<0,5. Далее характери-стики повторяются с интервалом fД

Studiile arată că frecvența de rezonanță f0’ va lua următoarele valori:

f0’=fД/4 cu b1=0;

f0' 0;

f0’>fD/4 la b1<0.

Valorile b1 și b2 modifică atât frecvența de rezonanță, cât și factorul de calitate al rezonatorului. Dacă b1 este ales din condiție

, unde , atunci b1 și b2 vor afecta doar factorul de calitate (f0’=const). Reglarea frecvenței rezonatorului poate fi asigurată prin schimbarea fD.

Demodulator digital

Un demodulator digital în teoria generală a comunicațiilor este considerat un dispozitiv de calcul care realizează procesarea unui amestec de semnal și zgomot.

Să definim algoritmi digitali digitali pentru procesarea semnalelor analogice AM și FM cu un raport semnal-zgomot ridicat. Pentru a face acest lucru, reprezentăm anvelopa complexă Z / (t) a unui amestec analogic de bandă îngustă de semnal și zgomot Z'(t) la ieșirea AFFT în formă exponențială și algebrică:

și

, (2.20)

este anvelopa și faza totală a amestecului, în timp ce ZC(t) și ZS(t) sunt componentele în cuadratură.

Din (2.20) se poate observa că anvelopa semnalului Z(t) conține informații complete despre legea de modulație. Prin urmare, algoritmul digital pentru procesarea unui semnal AM analogic într-un centru digital folosind componentele de cuadratura XC(kT) și XS(kT) ale semnalului digital x(kT) are forma:

Se știe că frecvența semnalului este prima derivată a fazei sale, adică.

, (2.22)

Apoi din (2.20) și (2.22) rezultă:

, (2.23)

Figura 2.16 Diagrama structurală a CCHPT

Folosind în (2.23) componentele de cuadratura XC(kT) b XS(kT) ale semnalului digital x(kT) și înlocuind derivatele cu primele diferențe, obținem un algoritm digital de procesare a unui semnal FM analog într-un DM digital:

Pe fig. 2.16 prezintă o variantă a diagramei bloc a TsChPT la recepționarea semnalelor analogice AM și FM, care constă dintr-un convertor în cuadratura (KP) și un CD.

Componentele de cuadratura ale semnalului digital complex sunt formate în CP prin înmulțirea semnalului x(kT) cu două secvențe (cos(2πf 1 kT)) și (sin(2πf 1 kT)), unde f1 este frecvența centrală a maparea frecvenței celei mai joase a spectrului de semnal z'(t ). La ieșirea multiplicatorilor, filtrele digitale trece-jos (DLPF) asigură suprimarea armonicilor cu o frecvență de 2f1 și extrag eșantioane digitale ale componentelor în cuadratura. Aici, filtrul DLP este folosit ca filtru digital al selectivității principale. Diagrama bloc a CD-ului corespunde algoritmilor (2.21) și (2.24).

Algoritmii considerați pentru procesarea semnalului digital pot fi implementați folosind o metodă hardware (folosind calculatoare specializate pe circuite integrate digitale, dispozitive cu cuplare de încărcare sau dispozitive bazate pe unde acustice de suprafață) și sub formă de programe de calculator.

Odată cu implementarea software a algoritmului de procesare a semnalului, calculatorul efectuează operații aritmetice asupra coeficienților al, bl și variabilelor x(kT), y(kT) stocate în acesta.

Anterior, dezavantajele metodelor de calcul erau: performanță limitată, prezența erorilor specifice, necesitatea reselectării, complexitate și cost ridicat. În prezent, aceste limitări sunt depășite cu succes.

Avantajele dispozitivelor digitale de procesare a semnalului față de cele analogice sunt algoritmi perfecți asociați cu antrenamentul și adaptarea semnalelor, ușurința controlului asupra caracteristicilor, stabilitatea temporală și temperatură ridicată a parametrilor, precizia ridicată și posibilitatea procesării simultane și independente a mai multor semnale.

Semnale simple și complexe. baza de semnal

Caracteristicile (parametrii) sistemelor de comunicație s-au îmbunătățit pe măsură ce tipurile de semnale și metodele lor de recepție, procesare (separare) au fost stăpânite. De fiecare dată a fost nevoie de o distribuție competentă a unei resurse limitate de frecvență între posturile de radio care operează. În paralel cu aceasta, a fost rezolvată problema reducerii lățimii de bandă de emisie prin semnale. Au existat însă probleme în recepția semnalelor care nu puteau fi rezolvate prin simpla distribuție a resursei de frecvență. Doar utilizarea unei metode statistice de procesare a semnalului - analiza corelației a făcut posibilă rezolvarea acestor probleme.

Semnalele simple au o bază de semnal

BS=TS*∆FS≈1, (2,25)

unde TS este durata semnalului; ∆FS este lățimea spectrului unui semnal simplu.

Sistemele de comunicații care funcționează pe semnale simple se numesc bandă îngustă. Pentru semnalele complexe (compozite, asemănătoare zgomotului), pe durata semnalului TS, are loc o modulare suplimentară (clatare) în frecvență sau în fază. Prin urmare, următoarea relație pentru baza unui semnal complex este aplicată aici:

BSS=TS*∆FSS>>1, (2,26)

unde ∆FSS este lățimea spectrului semnalului complex.

Se spune uneori că pentru semnalele simple, ∆FS = 1/ TS este spectrul mesajului. Pentru semnale complexe, spectrul de semnale se extinde cu ∆FSS / ∆FS ori. Acest lucru are ca rezultat redundanța în spectrul semnalului, care determină proprietățile utile ale semnalelor complexe. Dacă, într-un sistem de comunicaţie cu semnale complexe, viteza de transfer de informaţie este mărită pentru a obţine durata unui semnal complex TS = 1/ ∆FSS , atunci se formează din nou un semnal simplu şi un sistem de comunicaţie în bandă îngustă. Proprietățile utile ale sistemului de comunicație dispar.

Modalități de a răspândi spectrul semnalului

Semnalele discrete și digitale discutate mai sus sunt semnale de diviziune în timp.

Faceți cunoștință cu bandă largă semnale digitaleși cu diviziunea de cod acces multiplu (în formă) tehnici de divizare a canalelor.

La început, semnalele în bandă largă au fost folosite în comunicațiile militare și prin satelit datorită proprietăților lor utile. Aici au fost folosite imunitatea lor ridicată la interferență și secret.Un sistem de comunicație cu semnale în bandă largă poate funcționa atunci când interceptarea energiei a semnalului este imposibilă, iar interceptarea cu urechea fără eșantion de semnal și fără echipament special este imposibilă chiar și cu un semnal primit.

Utilizați segmente de zgomot termic alb ca purtător de informații, iar metoda de transmisie în bandă largă a fost propusă de Shannon. El a introdus conceptul de capacitate a canalului de comunicare. El a arătat relația dintre posibilitatea transmiterii fără erori a informațiilor cu un raport dat și banda de frecvență ocupată de semnal.

Primul sistem de comunicare cu semnale complexe de la segmente de zgomot termic alb a fost propus de Kostas. În Uniunea Sovietică, utilizarea semnalelor de bandă largă atunci când este implementată metoda de acces multiplu cu diviziune de cod a fost propusă de L. E. Varakin.

Pentru reprezentarea temporală a oricărei variante a unui semnal complex, se poate scrie relația:

unde UI (t) și (t) sunt anvelopa și fazele inițiale, care se schimbă lent

Funcții în comparație cu cosω 0 t; - frecvența purtătoare.

Odată cu reprezentarea în frecvență a semnalului, forma sa spectrală generalizată are forma

, (2.28)

unde sunt funcțiile de coordonate; - coeficienţii de dilatare.

Funcțiile de coordonate trebuie să îndeplinească condiția de ortogonalitate

, (2.29)

și coeficienții de expansiune

(2.30)

Pentru semnalele complexe paralele, funcțiile trigonometrice de mai multe frecvențe au fost utilizate inițial ca funcții de coordonate

, (2.31)

când toată lumea i-a opțiune semnal complex are forma

Z i (t) = t . (2.32)

Apoi, luând

Un ki = și = - arktg(β ki / ki), (2.33)

Ki , βki sunt coeficienții de expansiune din seria Fourier trigonometrică a semnalului i-lea;

i = 1,2,3,…,m ; m este baza codului, obținem

Z i (t) = t . (2.34)

Aici, componentele semnalului ocupă frecvențe de la ki1 /2π = ki1 /TS până la ki2 /2π = ki2 /TS; ki1 = min(ki1) și ki2 = max(ki2); ki1 și ki2 sunt numerele celor mai mici și mai mari componente armonice care afectează semnificativ formarea variantei i-a de semnal; Ni = ki2 - ki1 + 1 - numărul de componente armonice ale semnalului i-lea complex.

Lățimea de bandă ocupată de semnal

∆FSS = (ki2 - ki1 + 1)ω 0 / 2π = (ki2 - ki1 + 1)/ TS . (2,35)

Conține partea principală a spectrului energetic al semnalului.

Din relaţia (35) rezultă că baza acestui semnal

BSS = TS ∙ ∆FSS = (ki2 - ki1 + 1) = Ni , (2.36)

este egal cu numărul de componente armonice ale semnalului Ni, care sunt formate de versiunea i-a a semnalului

Figura 2.17

b)

Figura 2.18 Diagrama de răspândire a semnalului cu graficul secvenței periodice

Din 1996-1997, în scopuri comerciale, Qualcomm a început să folosească pentru formarea semnalelor complexe paralele bazate pe (28) un submult (φ k (t)) de funcții Walsh complete ortogonalizate pe un interval. În acest caz, este implementată metoda de acces multiplu cu divizare de cod a canalelor - standardul CDMA (Code Division Multiple Access)

Figura 2.19 Diagrama receptorului de corelare

Proprietăți utile ale semnalelor de bandă largă (compozite).

Figura 2.20

Când se comunică cu stațiile mobile (MS), se manifestă propagarea semnalului cu mai multe căi (multicăi). Prin urmare, interferența semnalului este posibilă, ceea ce duce la apariția unor căderi profunde (fading semnal) în distribuția spațială a câmpului electromagnetic. Deci, în condiții urbane la punctul de recepție pot fi doar semnale reflectate de la clădiri înalte, dealuri etc., dacă nu există o linie de vedere. Prin urmare, se adaugă în antifază două semnale cu o frecvență de 937,5 MHz (l = 32 cm), care au sosit cu o deplasare temporală de 0,5 ns cu o diferență de cale de 16 cm.

Nivelul semnalului la intrarea receptorului se modifică și de la transportul care trece pe lângă stație.

Sistemele de comunicații în bandă îngustă nu pot funcționa în condiții de mai multe căi. Deci, dacă la intrarea unui astfel de sistem există trei fascicule de semnal ale unui mesaj Si(t) -Si1(t), Si2(t), Si3(t), care se suprapun în timp datorită diferenței de lungime a calea de propagare, apoi sunt separate la ieșirea filtrului trece-bandă (Yi1(t), Yi2(t), Yi3(t)) este imposibil.

Sistemele de comunicații cu semnale complexe rezistă naturii cu mai multe căi a propagării undelor radio. Astfel, prin alegerea benzii ∆FSS astfel încât durata impulsului contort la ieșirea detectorului de corelație sau a filtrului de corelare să fie mai mică decât timpul de întârziere al fasciculelor adiacente, poate fi recepționat un fascicul sau, având furnizat întârzieri adecvate ale impulsului (Gi (t)), adăugați energia lor, ceea ce va crește raportul bip/zgomot. Sistemul de comunicații american Rake, ca o greblă, a colectat fasciculele recepționate ale semnalului reflectat de Lună și le-a rezumat.

Principiul acumulării semnalului poate îmbunătăți semnificativ imunitatea la zgomot și alte proprietăți ale semnalului. Ideea acumulării de semnal este dată de o simplă repetare a semnalului.

Primul element folosit în acest scop a fost un sistem selectiv de frecvență (filtru).

Analiza corelației vă permite să determinați relația statistică (dependența) dintre semnalul primit și semnalul de referință situat pe partea de recepție. Conceptul de funcție de corelație a fost introdus de Taylor în 1920. O funcție de corelație este o medie statistică de ordinul doi în timp, sau o medie spectrală sau o medie probabilistă.

Dacă funcțiile de timp (secvențe continue) x(t) și y(t) au valori medii aritmetice

Cu împărțirea în timp a canalelor;

Cu împărțirea în cod a canalelor.

Funcția periodică are forma:

f(t) = f(t+kT), (2,40)

unde T-perioada, k-orice număr întreg (k= , 2, …). Periodicitatea există pe întreaga axă a timpului (-< t <+ ). При этом на любом отрезке времени равном T будет полное описа­ние сигнала.

Figura 2.10, a, b, c prezintă un semnal armonic periodic u1(t) și spectrul său de amplitudini și faze.

Figura 2.11, a, b, c prezintă graficele unui semnal periodic u2 (t) - o succesiune de impulsuri dreptunghiulare și spectrul său de amplitudini și faze.

Deci, orice semnal poate fi reprezentat la un anumit interval de timp ca o serie Fourier. Apoi vom reprezenta separarea semnalelor în termeni de parametri ai semnalului, adică în termeni de amplitudini, frecvențe și schimbări de fază:

a) semnale ale căror serii cu amplitudini arbitrare, frecvențe nesuprapuse și faze arbitrare sunt separate prin frecvență;

b) semnalele ale căror rânduri cu amplitudini arbitrare se suprapun în frecvență, dar decalate în fază între componentele corespunzătoare ale rândurilor sunt separate în fază (decalajul de fază aici este proporțional cu frecvența);

Capacitatea mare a sistemelor de comunicații cu semnal compozit va fi prezentată mai jos.

c) semnale ale căror serii cu amplitudini arbitrare, cu componente suprapuse în frecvență (frecvențele pot coincide) și faze arbitrare sunt separate prin formă.

Separarea formelor este separarea de cod, atunci când există semnale complexe (eșantioane) special create din semnale simple pe părțile de emisie și recepție.

Când se primește un semnal complex, acesta este mai întâi supus procesării corelației și apoi

este procesat un semnal simplu.

Partajarea resurselor de frecvență în acces multiplu

În prezent, semnalele pot fi transmise în orice mediu (în mediu, într-un fir, într-un cablu de fibră optică etc.). Pentru a crește eficiența spectrului de frecvență, și pentru unul și liniile de transmisie formează canale de grup pentru transmiterea semnalului pe o linie de comunicație. Pe partea de recepție, are loc procesul invers - separarea canalelor. Luați în considerare metodele de separare a canalelor utilizate:

Figura 2.21 FDMA cu acces multiplu cu diviziunea în frecvență

Figura 2.22 TDMA cu acces multiplu cu divizare în timp.

Figura 2.23 CDMA cu acces multiplu diviziune cod

Criptare în rețele wi-fi

Criptarea datelor în rețelele fără fir primește atât de multă atenție din cauza naturii acestor rețele. Datele sunt transmise fără fir folosind unde radio, în general folosind antene omnidirecționale. Astfel, datele sunt auzite de toată lumea – nu doar de cel căruia îi sunt destinate, ci și de un vecin care locuiește în spatele zidului sau „interesat” care s-a oprit cu un laptop sub geam. Desigur, distanțele pe care funcționează rețelele wireless (fără amplificatoare sau antene direcționale) sunt mici – aproximativ 100 de metri în condiții ideale. Pereții, copacii și alte obstacole atenuează foarte mult semnalul, dar acest lucru încă nu rezolvă problema.

Inițial, doar SSID-ul (numele rețelei) a fost folosit pentru protecție. Dar, în general, o astfel de metodă poate fi numită o apărare cu o întindere mare - SSID-ul este transmis în clar și nimeni nu deranjează un atacator să-l asculte cu urechea, apoi să îl înlocuiască pe cel dorit în setările lor. Ca să nu mai vorbim de faptul că (acest lucru se aplică punctelor de acces) poate fi activat modul de difuzare pentru SSID, de ex. va fi obligat să difuzeze tuturor ascultătorilor.

Prin urmare, a fost nevoie de criptarea datelor. Primul astfel de standard a fost WEP - Wired Equivalent Privacy. Criptarea se realizează folosind o cheie de 40 sau 104 de biți (criptarea fluxului folosind algoritmul RC4 pe o cheie statică). Și cheia în sine este un set de caractere ASCII cu o lungime de 5 (pentru o cheie de 40 de biți) sau 13 (pentru o cheie de 104 de biți). Setul acestor caractere este tradus într-o succesiune de cifre hexazecimale, care sunt cheia. Driverele de la mulți producători vă permit să introduceți direct valori hexazecimale (de aceeași lungime) în loc de un set de caractere ASCII. Vă atrag atenția asupra faptului că algoritmii pentru conversia dintr-o secvență de caractere ASCII în valori cheie hexazecimale pot varia de la producător la producător. Prin urmare, dacă rețeaua folosește echipamente wireless eterogene și nu puteți configura criptarea WEP folosind fraza de acces ASCII, încercați să introduceți cheia în notație hexazecimală.

Dar cum rămâne cu declarațiile producătorilor despre suportul criptării pe 64 și 128 de biți, vă întrebați? Așa e, marketingul joacă un rol aici - 64 este mai mult de 40, iar 128 este 104. În realitate, datele sunt criptate folosind o cheie cu lungimea de 40 sau 104. Dar pe lângă fraza ASCII (componenta statică a cheii) , există și un astfel de lucru precum Vectorul de inițializare - IV este vectorul de inițializare. Servește la randomizarea restului cheii. Vectorul este ales aleatoriu și se modifică dinamic în timpul funcționării. În principiu, aceasta este o soluție rezonabilă, deoarece vă permite să introduceți o componentă aleatorie în cheie. Lungimea vectorului este de 24 de biți, deci lungimea totală a cheii este de 64 (40+24) sau 128 (104+24) biți.

Totul ar fi bine, dar algoritmul de criptare folosit (RC4) nu este în prezent deosebit de puternic - cu o dorință puternică, într-un timp relativ scurt, poți ridica cheia prin forță brută. Dar totuși, principala vulnerabilitate a WEP este legată tocmai de vectorul de inițializare. Lungimea IV este de numai 24 de biți. Acest lucru ne oferă aproximativ 16 milioane de combinații - 16 milioane de vectori diferiți. Deși numărul „16 milioane” sună destul de impresionant, dar în lume totul este relativ. În munca reală, toate variantele posibile de chei vor fi utilizate într-o perioadă de la zece minute până la câteva ore (pentru o cheie de 40 de biți). După aceea, vectorii vor începe să se repete. Un atacator trebuie să colecteze suficiente pachete doar ascultând traficul rețelei fără fir și găsind aceste repetări. După aceea, selectarea unui static