Сигнал

Классификация сигналов

Сигнал, в отличии от сообщения, может генерироваться, но при этом его прием не обязателен. Он может представлять собой любой физический процесс, параметры которого изменяются в соответствии с передаваемым сообщением. Случайный или детерминированный сигнал описывается математической моделью, функцией, которая характеризует изменение его параметров. Его математическое представление является основополагающей концепцией теории радиотехники и успешно используется при синтезе и анализе радиотехнических систем и устройств. В современной радиотехнике альтернативой полезному сигналу является шум, который представляет собой случайную функцию времени, взаимодействующую с сигналом, искажая его. Таким образом основная задача теоретической радиотехники заключается в извлечении полезных данных из сигнала с учетом шума. Сигналы классифицируются по следующим признакам:

1. Физическая природа носителя данных. Согласно данному признаку сигналы делятся на акустические, электрические, оптические, электромагнитные и другие.
2. Способ задания сигнала. Согласно данному признаку сигналы делятся на случайные (нерегулярные), которые могут принимать произвольное значение в любой момент времени, а для их описания используется теория вероятности и регулярные (детерминированные), которые задаются аналитической функцией.
3. Функция, которая описывает параметры сигнала. Согласно данному признаку сигналы делятся на аналоговые (непрерывные), дискретные (дискретно-непрерывные), непрерывно-квантованные и цифровые (дискретно-квантованные).

Подавляющее большинство сигналов имеют непрерывную зависимости от независимой переменной и могут принимать любое значение в некотором интервале. Аналоговый сигнал может быть описан некоторой непрерывной математической функцией времени:

$s(t) = A*cos (w*t+ф)$

Аналоговые сигналы широко используются в радиовещании, телефонии и телевидении. Данный вид сигнала невозможно ввести в в цифровую систему для обработки, потому что любой интервал времени может иметь бесконечное число значений, и чтобы без погрешностей его представить нужны числа бесконечной разрядности. Дискретные сигналы определяются могут быть определены в дискретные моменты времени, а представлены последовательностью чисел.

В случае квантования вся область значений сигнала делится на уровни, количество которых представляется в виде чисел заданной разрядности. Расстояние между такими уровнями называется шагом квантования. Каждому уровню присваиваются некоторые числа. Отсчет сигнала сравнивается с уровнями квантования и в качестве сигнала выбирается то число, которое соответствует некоторому уровню квантования. Каждый уровень кодируется двоичным числом c n разрядом. Количество уровне квантования и число разрядов двоичных числе связаны следующим выражением:

$n≥log2(N)$

где: n - количество разрядов; N - количество уровней квантования.

К цифровым сигнал относятся те, у которых дискретны уровень и независимая переменная времени.

Основные параметры сигналов, основные характеристики электрических сигналов

К основным параметрам сигналов относятся:

• Мощность.
• Удельная энергия.
• Длительность сигнала, которая определяет временной интервал, в течении которого он существует.
• Ширина спектра.
• База.
• Отношение сигнал/шум.
• Объем передаваемых данных (информации).

Основными характеристиками электрического сигнала являются амплитуда, частота и фаза. Амплитуда - максимальное отклонение напряжения сигнала нулевого порога в область отрицательных и положительных значений, то есть представляет собой пределы, которых изменяется сигнал. Амплитуда измеряется в вольтах. Если она слишком большая, то проводник может выйти из строя из-за перегрева. В случае недостаточного напряжения сигнал затухает в проводнике слишком быстро и не доходит до получателя.

Частота сигнала представляет собой количество колебаний за единицу времени. Для стандартизации принята одна секунда, а измеряется частота сигнала в герцах, один герц соответствует одному колебанию сигнала за секунду. Период является величиной обратной частоте, показывающий задержку времени между соседними значениями сигнала равной величины. Такая характеристика, как фаза показывает, из какого первоначального значения начинает изменяться синусоида. Данная характеристика измеряется в радианах или градусах. Если измерение ведется в градусах, то значение фазы находится в пределах от 0 до 360.