Методы преобразования сигналов в каналах связи
Сигнал – это материальное воплощение сообщения, которое используется при хранении, передаче и переработке информации.
Преобразование сигналов в канала связи осуществляется двумя способами:
- Модуляция
- Кодирование
Модуляция представляет собой процесс изменения одного или нескольких параметров сигнала переносчика под действием сигнала сообщения. В качестве модулируемого сигнала могут быть использованы гармонические высокочастотные колебания, имеющие следующий вид:
$Uн = U0cos(w0t+ф)$
Такие колебания характеризуются частотой (w0), амплитудой (U0) и фазой (ф). Из-за действия сигнала сообщения может изменяться один из данных параметров. Таким образом процесс модуляции можно разделить на три типа: частотная, амплитудная и фазовая модуляция. В качестве переносчика также может быть использована периодическая последовательность импульсных сигналов, характеризующихся периодом колебаний, амплитудой, положением импульса во времени, а также продолжительностью. Таким образом возможны четыре варианта импульсной модуляции сигнала:
- амплитудно-импульсная (меняется амплитуда импульса),
- частотно-импульсная (меняется период импульса),
- широтно-импульсная (меняется продолжительность импульса),
- время-импульсная (меняется положение импульса во временной оси) модуляция.
При использовании аналоговых систем модуляция достаточна для передачи сообщения. В цифровых системах передачи сообщение сначала кодируется, а затем модулируется. В данном случае модуляции подвергается тот параметр, который был определен кодированным сигналом.
В цифровых системах передачи аналоговый сигнал должен быть подвержен кодированию - переводу в цифровой код. Данный перевод очень сложен и охватывает три последовательных процесса: дискретизация во времени, квантование отсчетных уровней по времени, кодирование.
При дискретизации по времени берутся мгновенные отсчеты непрерывного сигнала через равные промежутки времени (шаг дискретизации). Интервалы времени в таком случае определяются теоремой Котельникова. При квантовании отсчетных значений по уровню, данные значения заменяются счетным числом уровней через шаги - шаги квантования. При кодировании количество уровней представляется при помощи определенного кода. Простейшим примером кодирования является передача текста. Каждый текст представляет собой определенное количество элементов: знаки препинания, буквы и цифры. Совокупность этих элементов называется алфавитом источника сообщения. Так как количество элементов конечно, то их можно закодировать (пронумеровать), таким образом передача сообщения сводится к передаче последовательности чисел. Например, для передачи 32 букв русского алфавита необходимо передать числа от 0 до 31, а в случае передачи числа в десятичной форме надо передать число от 0 до 9.
Методы формирования сигналов в каналах связи
Формирование сигнала - манипуляция аналоговым сигналом таким образом, чтобы он отвечал требованиям следующих этапов обработки.
В зависимости от используемых систем передачи и оборудования методы формирования сигналов в каналах связи делятся на следующие:
- Фильтрация. Фильтрация представляет собой самую распространенную функцию формирования сигнала, потому что не весь спектр передаваемого сигнала содержит достоверные сведения. Она используется для удаления ненужных компонентов, например, шума.
- Усиление. На усиления сигнала возложены две основные функции: увеличение разрешающей способности входного сигнала и увеличение отношение шум/сигнал. Например, выход электронного датчика температуры недостаточно высок для аналого-цифрового преобразователя, поэтому необходимо довести уровень напряжения датчика до нужного. Самыми распространенными усилителями сигнала являются пиковые детекторы, логарифмические усилители, программируемые усилители усиления, усилители удержания и выборки, а также измерительные усилители.
- Затухание. Затухание является противоположным процессом по отношению к усилению. Данный метод формирования сигнала снижает амплитуду входного сигнала. Оно необходимо при измерении напряжений, которые превышают 10 В.
- Возбуждение. Для нормального функционирования пассивного датчика необходимо внешнее питание. Точность и стабильность сигнала возбуждения напрямую связаны с точностью и стабильностью датчика.
- Линеаризация. Данный метод используется в том случае, когда сигналы напряжения никак не связаны с физическими измерениями. Он представляет собой процесс интерпретации сигнала от датчика и осуществляется при помощи программного обеспечения или формирования сигнала.
- Электрическая изоляция. Такой способ формования применяется в случае необходимости изоляции источников возмущения.
