Analog signalär en kontinuerlig funktion av ett kontinuerligt argument, dvs. definieras för vilket värde som helst av den oberoende variabeln. Källor till analoga signaler är som regel fysiska processer och fenomen som är kontinuerliga i sin utveckling (dynamiken i förändringar i värdena för vissa egenskaper) i tid, i rymden eller i någon annan oberoende variabel, medan den registrerade signalen liknar (analog) med processen som genererar den. Ett exempel på en matematisk notation för en specifik analog signal: y(t) = 4.8exp[-( t-4) 2 /2,8]. Ett exempel på en grafisk visning av denna signal visas i fig. 2.2.1, medan både de numeriska värdena för själva funktionen och dess argument kan anta alla värden inom vissa intervall y£1 y £ y 2,t£1 t £ t 2. Om intervallen för signalvärden eller dess oberoende variabler inte är begränsade, antas de som standard vara lika med -¥ till +¥. Uppsättningen av möjliga signalvärden bildar ett kontinuerligt utrymme där vilken punkt som helst kan bestämmas med oändlig noggrannhet.
Ris. 2.2.1. Grafisk visning av signalen y(t) = 4,8 exp[-( t-4) 2 /2.8].
Diskret signal i sina värden är det också en kontinuerlig funktion, men definierad endast av diskreta värden för argumentet. Enligt uppsättningen av dess värden är den ändlig (räknebar) och beskrivs av en diskret sekvens y(n×D t), Var y£1 y £ y 2, D t- intervall mellan samplingar (signalsamplingsintervall), n = 0, 1, 2, ..., N– numrering av diskreta avläsningsvärden. Om en diskret signal erhålls genom att sampla en analog signal, representerar den en sekvens av sampel, vars värden är exakt lika med värdena för den ursprungliga signalen i koordinater n D t.
Ett exempel på sampling av en analog signal som visas i fig. 2.2.1, visas i fig. 2.2.2. Hos D t= const (uniform datasampling) en diskret signal kan beskrivas med den förkortade notationen y(n).
När signalen är ojämnt samplade, är beteckningarna för diskreta sekvenser (i textbeskrivningar) vanligtvis omgivna av krusade parenteser - ( s(t i)), och avläsningsvärdena ges i form av tabeller som anger koordinatvärdena t i. För korta, ojämna nummersekvenser används även följande numeriska beskrivning: s(t i) = {a 1 , a 2 , ..., ett N}, t = t 1 , t 2 , ..., t N.
Digital signal kvantiserad i sina värderingar och diskret i sin argumentation. Det beskrivs av en kvantiserad gitterfunktion y n = Q k[y(n D t)], Var Q k- kvantiseringsfunktion med antalet kvantiseringsnivåer k, medan kvantiseringsintervall kan vara antingen enhetliga eller ojämna, till exempel logaritmiska. En digital signal specificeras, vanligtvis i form av en numerisk matris av successiva värden av argumentet vid D t = const, men i det allmänna fallet kan signalen också specificeras i form av en tabell för godtyckliga argumentvärden.
I huvudsak är en digital signal en formaliserad version av en diskret signal när värdena för den senare är avrundade till ett visst antal siffror, som visas i fig. 2.2.3. I digitala system och i datorer representeras en signal alltid med en noggrannhet på upp till ett visst antal bitar och är därför alltid digital Med hänsyn till dessa faktorer, när man beskriver digitala signaler, utelämnas kvantiseringsfunktionen vanligtvis (underförstått enhetlig av. standard), och reglerna för att beskriva diskreta signaler används för att beskriva signaler.
Ris. 2.2.2. Diskret signal Fig. 2.2.3. Digital signal
y(n D t) = 4,8 exp[-( n D t-4) 2 /2,8], D t= 1. y n = Q k, D t=1, k = 5.
I princip kan en analog signal inspelad av lämplig digital utrustning också kvantiseras i sina värden (Fig. 2.2.4). Men det är ingen mening att separera dessa signaler i en separat typ - de förblir analoga bitvis kontinuerliga signaler med ett kvantiseringssteg, som bestäms av det tillåtna mätfelet.
De flesta av de diskreta och digitala signalerna du hanterar är samplade analoga signaler. Men det finns signaler som till en början tillhör den diskreta klassen, till exempel gammastrålar.
Ris. 2.2.4. Kvantiserad signal y(t)= Qk, k = 5.
Spektral representation av signaler. Förutom den vanliga tids(koordinat)representationen av signaler och funktioner, vid analys och bearbetning av data, används beskrivningen av signaler efter frekvensfunktioner i stor utsträckning, d.v.s. med argument omvända till argumenten för tidens (koordinat) representation. Möjligheten till en sådan beskrivning bestäms av det faktum att vilken signal som helst, oavsett hur komplex i sin form, kan representeras som en summa av enklare signaler, och i synnerhet som summan av de enklaste övertonssvängningarna, som kallas signalens frekvensspektrum. Matematiskt beskrivs signalspektrat av funktioner för amplitudvärdena och initiala faser av harmoniska svängningar med hjälp av ett kontinuerligt eller diskret argument - frekvens. Amplitudspektrumet brukar kallas amplitud-frekvenssvar(frekvenssvar) för signalen, spektrum av fasvinklar – fas-frekvenssvar(FCHH). Beskrivningen av frekvensspektrumet visar signalen lika entydigt som koordinatbeskrivningen.
I fig. Figur 2.2.5 visar ett segment av signalfunktionen, som erhålls genom att summera den konstanta komponenten (frekvensen för den konstanta komponenten är 0) och tre övertonssvängningar. Den matematiska beskrivningen av signalen bestäms av formeln:
Där A n= (5, 3, 6, 8) - amplitud; fn= (0, 40, 80, 120) - frekvens (Hz); φ n= (0, -0,4, -0,6, -0,8) - initial fasvinkel (i radianer) för svängningar; n = 0,1,2,3.
Ris. 2.2.5. Temporal representation av signalen.
Frekvensrepresentationen av denna signal (signalspektrum i form av frekvenssvar och fassvar) visas i fig. 2.2.6. Observera att frekvensrepresentationen av en periodisk signal s(t), begränsad i antalet övertoner i spektrumet, är endast åtta sampel och är mycket kompakt jämfört med den kontinuerliga tidsrepresentationen, definierad i intervallet från -¥ till +¥.
Ris. 2.2.6. Frekvensrepresentation av signalen.
Grafisk display analoga signaler (Fig. 2.2.1) kräver ingen speciell förklaring. Vid grafisk visning av diskreta och digitala signaler används antingen metoden med direkta diskreta segment med motsvarande skallängd ovanför argumentaxeln (fig. 2.2.6), eller metoden för en envelopp (slät eller bruten) baserad på sampelvärden (prickad kurva i fig. 2.2.2). På grund av kontinuiteten i fält och, som regel, den sekundära karaktären hos digitala data som erhålls genom sampling och kvantisering av analoga signaler, kommer vi att betrakta den andra metoden för grafisk visning som den viktigaste.
ÄMNE 3 Digitala signalbehandlingsenheter
FÖRELÄSNING 8_
Grundläggande koncept för digital signalbehandling
Föreläsningsfrågor:
Typer av signaler. Kommunikation mellan signaler av olika slag.
Nummersystem och koder som används i DAC- och ADC-omvandlare.
Användningsområden för DAC och ADC
Grundläggande parametrar och klassificering av DAC och ADC
Typer av signaler. Samband mellan signaler av olika slag
Hela variationen av signaler kan delas in i tre huvudtyper av signaler: analog, diskret och digital.
Analog signal beskrivs av en kontinuerlig eller bitvis kontinuerlig funktion, och både argumentet och själva funktionen kan ta vilka värden som helst från vissa intervall: 
.
Exempel. 
, talsignal i radio och tv.
Diskret signal beskrivs av en gitterfunktion, som kan ta vilket värde som helst, medan den oberoende variabeln endast kan ta diskreta värden ( - samplingsintervall).
Diskreta icke-kvantiserade signaler inkluderar signaler med pulsamplitudmodulering.
En digital signal beskrivs av en kvantiserad gitterfunktion, det vill säga en gitterfunktion som bara tar ett antal diskreta värden - kvantiseringsnivåer, medan den oberoende variabeln tar.
Var och en av kvantiseringsnivåerna är kodad med en binär kod, så att sändningen och behandlingen av ett digitalt kodat signalsampel reduceras till operationer på en dimensionslös binär kod. Antalet kvantiseringsnivåer och antalet binära bitar är relaterade till förhållandet 
.
Digitala signaler inkluderar till exempel signaler som används i kommunikationssystem för pulskodmodulering.
Provtagningsoperation kopplar ihop de analoga och diskreta signalerna och består i att en diskret signal är konstruerad från den analoga signalen så att 
.
Återställningsoperation består i att en analog signal är konstruerad från en given diskret signal.
Rekonstruktions- och samplingsoperationerna är ömsesidigt inversa om den samplade analoga signalen uppfyller Kotelnikovs teorem.
Förhållandet mellan spektrumet för en analog signal och spektrumet för en diskret signal bestäms av formeln
.
Detta uttryck beskriver "multiplikationen" av spektrumet av en analog signal under sampling.
Kvantiserings- och kodningsoperation(analog-till-digital konvertering) är att, baserat på en given diskret signal, en kodad signal är konstruerad så att 
, .
Digital-till-analog konverteringsoperation består i det faktum att en diskret signal är konstruerad från en given digital kodad signal, och 
.
Kvantiserings- och kodningsoperationerna och digital-till-analog-omvandling är inte exakt ömsesidigt inversa, eftersom kvantisering i det allmänna fallet utförs med ett oundvikligt fel. Om emellertid ett tillräckligt stort antal binära signaler används för att representera varje sampel, kommer kvantiseringsfelet att vara tillräckligt litet för att den diskreta signalen (och därför den motsvarande analoga signalen) kan ersättas med en digital signal.
Sampling, kvantisering och kodning utförs analog-till-digital-omvandlare (ADC), och digital-till-analog konvertering och återställning är digital-till-analog-omvandlare (ADC).
Digital signal processing (DSP) enheter är enheter som implementerar en eller annan digital bearbetningsalgoritm.
Grundläggande fördelar DSP jämfört med analog:
1) egenskaperna hos DSP-enheter är absolut stabila och ändras inte när yttre förhållanden ändras (temperatur, fuktighet, etc.) så länge som dessa enheter förblir i drift;
2) det är möjligt att implementera ett antal operationer och algoritmer som är fundamentalt omöjliga att implementera med analoga element, till exempel bearbetning av infralågfrekventa signaler, eftersom digitala lagringsenheter har en nästan obegränsad varaktighet av informationslagring.
DSP-enheter är bekvämt implementerade i form av LSI och VLSI.
Bland brister UTsOS kan särskiljas enligt följande:
1) Relativt låg bearbetningshastighet;
2) Relativt hög strömförbrukning;
3) Relativt hög kostnad;
4) Behovet av att använda ADC och DAC vid ingången och utgången av DSP:n.
Det bör noteras att betydelsen av de två första nackdelarna minskar på grund av utvecklingen av LSI- och VLSI-tillverkningsteknologier. Kostnaden för algoritmer och program får mer och mer vikt i kostnaden för DSP. I grund och botten är noggrannheten hos DSP:n begränsad av de använda ADC:erna och DAC:erna. Noggrannheten av beräkningarna i själva enheten bestäms av antalet binära siffror som används för att representera koderna.
2. Nummersystem och koder,
används i DAC- och ADC-omvandlare
Vanligtvis används ett decimalt positionsnummersystem för att representera tal, där varje tal representeras som en summa av potenser av 10, även om endast koefficienterna för denna expansion skrivs:
Decimalsystemet använder 10 siffror för att representera expansionskoefficienter.
Digitala enheter transformerar dock information som representeras av bara två siffror 0 och 1, så för att representera tal är det bekvämt att använda det binära talsystemet, där vikterna av binära koefficienter är 2 potenser.
De uppmätta fysiska storheterna kan vara unipolära eller bipolära. Därför, för att representera dem i digital form, använder ADC:er och DAC:er både unipolära och bipolära koder.
Unipolära koder.
Binär kod (vanlig binär kod).
Siffran längst till höger är den minst signifikanta siffran (LSB), siffran längst till vänster är den mest signifikanta siffran (MSB).
I denna kod beror bidraget från varje bit (binär siffra) på dess position:
I en bitsekvens har SZR vikten , och det maximala antalet som kan representeras av en bitkod är lika med .
Bråkkodning
När man överväger driften av en ADC är det viktigt att betrakta ett binärt tal som en representation av bråkdelen av något heltal. I det här fallet är vikten av MZR lika med , och vikten av PPP är . Det finns ett kommatecken före siffran:
.
Värdet på bråktalet som motsvarar enheter i alla siffror definieras som 1-1MZR. Dessutom bestämmer MZR upplösningen av -bitkoden för omvandlaren
3. Användningsområden för DAC och ADC
Nivån och utvecklingen av mikroelektroniska DAC:er och ADC:er bestäms av kraven på de tekniska och operativa egenskaperna hos de radiosystem där de används.
Dessa krav kan variera avsevärt beroende på systemens syfte, funktionsprincip och driftförhållanden.
Behovet av att ta emot, bearbeta och överföra en stor mängd information i realtid, liksom problemen med att studera snabba processer i olika installationer, ledde till skapandet höghastighets-DAC och ADC integrerade kretsar.
Att lösa kommunikationsproblem krävde skapandet flerkanalsomvandlare.
Precisionsmätningar, seismisk utforskning, robotik, högkvalitativ ljud- och videoinspelningsutrustning är omöjliga utan högupplösta omvandlare.
Strikta krav på energiförbrukning och vikt- och storleksegenskaper som ställs på system ombord uppfylls genom användning av mikrokraft och funktionellt kompletta omvandlare.
För militär RTS krävs omvandlare som är resistenta mot olika yttre faktorer.
Elektriska hushålls- och radioapparater kräver ett brett utbud av billiga omvandlare som inte har rekordvärden för elektriska parametrar och prestandaegenskaper.
Vissa ADC-applikationer:
| Genomsnittliga parametervärden | ||||
| Ansökningar | antal dörrar led | omvandlingstid (μs) | ingångsfrekvensband signal, Hz | Differentiell olinjäritet, MZR |
| Radar | 6-8 | 0.05 | 2 10 7 | 0.5 |
| Radar (avståndsdetektering) | 14-16 | 2 10 3 | 0.5 | |
| Flyg- och rymddatabehandling | 0.01 | upp till 10 8 | 0.5 | |
| Radionavigering | 8-10 | 0.05-0.1 | 10 7 | 0.5 |
| Högkvalitativ ljud- och videoinspelning | 2 10 4 | 0.5 | ||
| Instrument för fysisk forskning | 16-18 | 1-5 | 0.5 | |
| Specialist. Digitala datorer | 3-5 | 10 5 | 0.5 |
Vissa tillämpningar av DAC.
3 Grundläggande parametrar och klassificering av DAC och ADC
DAC-klassificering utförs genom omvandlingsmetoder.
Det finns två konverteringsmetoder -
* metod för att summera ett enda analogt värde (kvanta);
* summeringsmetod med hänsyn till vikten av siffror.
Av genomförandeplan DAC:er är indelade i: DAC:er med spänningssummering, DAC:er med strömsummation och multiplicerande DAC:er.
DAC-parametrar.
Parametrar för den nominella omvandlingsfunktionen.
Den nominella omvandlingsfunktionen har formen
Eller 
med binär kodning.
Grafiskt tolkat av punkter på en linje. Slutligt utdatavärde 
.
Parametrarna för denna funktion är omvandlingsfaktor , typ av insignalkod Och antal siffror .
Omvandlingsfaktor är förhållandet mellan den analoga signalökningen och den digitala signalökningen. Den har dimensionen för utmatningsvärdet och är numeriskt lika med den nominella enheten för den minst signifikanta siffran.
Inträdeskod kan vara naturlig binär kod, binära decimalkoder.
Statiska noggrannhetsparametrar.
Konverteringsfel- avvikelse för den verkliga omvandlingsfunktionen från den nominella.
Systematiskt konverteringsfel- Tidsmedelvärde för konverteringsfelet med ett konstant värde på kontrollkoden.
Konverteringsfelet är slumpmässigt- slumpmässig komponent (brus) av utsignalen med ett konstant värde på ingångskoden.
Icke-linjäritet av transformation- den maximala avvikelsen av värdena för den verkliga transformationsfunktionen från motsvarande punkter på den räta linjen som approximerar denna funktion.
Differentiell olinjäritet av transformation- avvikelse av ökningen av utsignalen när ingångskoden övergår till ett angränsande värde från värdet på MZ-enheten. Uttryckt i bråkdelar av en enhet minimilön.
Dynamiska parametrar.
Inställningstid för ström (spänning).) - tidsintervallet från ögonblicket för en given kodändring vid ingången till DAC:n till det ögonblick då den utgående analoga signalen slutligen går in i zonen med stationärt tillstånd motsvarande ±1/2 LSB eller annat specificerat värde.
Utgångsstegring- en kort skur i utsignalen när ingångskoden ändras.
Inflytande funktion- beroende av förändringar i parametrar på påverkande faktorer (temperatur, matningsspänning, etc.).
Parametrar för elektrisk koppling.
Karakterisera alla in- och utgångar från DAC:n ur synvinkeln av gränssnitt med externa enheter. Uppdelad i analoga parningsparametrar och digitala parningsparametrar.
Den första inkluderar ingångs- och utgångsresistanser, nominella värden och toleranser för matningsspänningar, externa referensspänningar.
Den andra är de nominella värdena och spänningstoleranserna loggen. "0" och logga. "1", ingångsimpedanser (strömmar) från de digitala ingångarna.
Det finns fyra typer av signaler s(t): kontinuerlig kontinuerlig tid, kontinuerlig diskret tid, diskret kontinuerlig tid och diskret diskret tid.
Kontinuerliga-tidssignaler kallas för kortare kontinuerlig-tidssignaler (analoga). De kan ändras vid godtyckliga ögonblick och anta vilket som helst av en kontinuerlig uppsättning möjliga värden (Fig. 1.3). Sådana signaler inkluderar den välkända sinusoiden.
Ris. 1.3 Kontinuerlig signal
Ris. 1.4 Kontinuerlig diskret tidssignal
Kontinuerliga tidsdiskreta signaler kan ta godtyckliga värden, men ändras endast vid vissa, förutbestämda (diskreta) ögonblick (Fig. 1.4).
Diskreta kontinuerliga tidssignaler kännetecknas av att de kan ändras vid godtyckliga ögonblick, men deras värden tar endast tillåtna (diskreta) värden (Fig. 1.5).
Diskreta tidssignaler (förkortat diskreta) (Fig. 1.6) vid diskreta tidpunkter kan endast anta tillåtna (icke-kreta) värden.
Signalerna som genereras vid utgången av den diskreta meddelande-till-signal-omvandlaren är som regel diskreta vad gäller informationsparametern, dvs de beskrivs av en diskret tidsfunktion och en ändlig uppsättning möjliga värden. Inom dataöverföringsteknik kallas sådana signaler digitala datasignaler (DDS). Datasignalparametern, vars ändring återspeglar en ändring i meddelandet, kallas representerande (information). I fig. Figur 1.7 visar en DSD, vars representerande parameter är amplitud, och uppsättningen av möjliga värden för den representerande parametern är lika med två Del av en digital datasignal som skiljer sig från de andra delarna i värdet på en av dess representerar sådana. parametrar kallas DAC-elementet.
Det fasta värdet för tillståndet för den representerande parametern för signalen kallas den signifikanta positionen. Det ögonblick då signalens signifikanta position ändras kallas signifikant (SM).
Ris. 1.5 Diskret kontinuerlig tidssignal
Ris. 1.6 Diskret signal
Ris. 1.7 Digital datasignal
Tidsintervallet mellan två intilliggande signifikanta ögonblick av signalen kallas signifikant (SI)
Minsta tidsintervall, som är lika med signalens signifikanta tidsintervall, kallas enhet (intervall a-b, b-c och andra i fig. 17). Ett signalelement med en varaktighet som är lika med ett tidsintervall kallas ett enhetselement (e e)
Termen enhetselement är en av de viktigaste inom dataöverföringsteknik. Inom telegrafi motsvarar det termen elementärskifte
Det finns isokrona och anisokrona datasignaler. För en isokron signal är varje signifikant tidsintervall lika med ett enhetsintervall eller ett heltal. Anisokrona signaler är signaler vars element kan ha vilken varaktighet som helst, men inte mindre än. En annan egenskap hos anisokrona signaler är att de kan separeras från varandra i tid på ett godtyckligt avstånd.
Vilket måste accepteras av den mottagande parten, annars är det inget meddelande. En signal kan vara vilken fysisk process som helst vars parametrar ändras i enlighet med det överförda meddelandet.
En signal, deterministisk eller slumpmässig, beskrivs av en matematisk modell, en funktion som kännetecknar förändringen i signalparametrar. En matematisk modell för att representera en signal som en funktion av tid är ett grundläggande begrepp inom teoretisk radioteknik, vilket har visat sig vara fruktbart både för analys och syntes av radiotekniska enheter och system. Inom radioteknik är ett alternativ till en signal som bär användbar information brus - vanligtvis en slumpmässig funktion av tid som interagerar (till exempel genom att addera) med signalen och förvränger den. Huvuduppgiften för teoretisk radioteknik är att extrahera användbar information ur en signal samtidigt som man tar hänsyn till brus.
Begrepp signal låter dig abstrahera från en specifik fysisk storhet, till exempel ström, spänning, akustisk våg, och överväga, utanför det fysiska sammanhanget, fenomen associerade med att koda information och extrahera den från signaler, som vanligtvis förvrängs av brus. I forskning representeras signalen ofta som en funktion av tid, vars parametrar kan bära den nödvändiga informationen. Metoden för att spela in denna funktion, såväl som metoden för att spela in störande brus, kallas matematisk signalmodell.
I samband med begreppet signal formuleras sådana grundläggande principer för cybernetik som begreppet kommunikationskanalkapacitet, utvecklat av Claude Shannon, och begreppet optimal mottagning, utvecklat av V. A. Kotelnikov.
Beroende på informationsbärarens fysiska natur:
För att ställa in signalen:
Beroende på funktionen som beskriver signalparametrarna särskiljs analoga, diskreta, kvantiserade och digitala signaler:
Analog signal
De flesta signaler är analoga till sin natur, det vill säga de ändras kontinuerligt över tiden och kan anta vilket värde som helst under ett visst intervall. Analoga signaler beskrivs av någon matematisk funktion av tiden.
Exempel på en AC - övertonssignal - s(t) = A·cos(ω·t + φ).
Analoga signaler används i telefoni, radiosändningar och TV. Det är omöjligt att mata in en sådan signal i en dator och bearbeta den, eftersom den vid vilket tidsintervall som helst har ett oändligt antal värden, och för en korrekt (utan fel) representation av dess värde krävs ett antal oändligt djup. Därför är det nödvändigt att omvandla den analoga signalen så att den kan representeras som en sekvens av tal med ett givet bitdjup.
Sampling av en analog signal består av att representera signalen som en sekvens av värden tagna vid diskreta ögonblick i tiden. Dessa värden kallas räknas.Δt kallas provtagningsintervall.
Huvudartikel: Kvantisering (datavetenskap)
Under kvantisering delas hela området av signalvärden in i nivåer, vars antal måste representeras i antal av ett givet bitdjup. Avståndet mellan dessa nivåer kallas kvantiseringssteget Δ. Antalet av dessa nivåer är N (från 0 till N-1). Varje nivå tilldelas ett nummer. Signalsamplen jämförs med kvantiseringsnivåerna och ett nummer som motsvarar en viss kvantiseringsnivå väljs som signal. Varje kvantiseringsnivå kodas som ett binärt tal med n bitar. Antalet kvantiseringsnivåer N och antalet bitar n av binära tal som kodar dessa nivåer är relaterade till relationen n ≥ log 2 (N).
För att representera en analog signal som en sekvens av finita bitar måste den först omvandlas till en diskret signal och sedan utsättas för kvantisering. Kvantisering är ett specialfall av sampling, när provtagning sker med samma värde som kallas ett kvantum. Som ett resultat kommer signalen att presenteras på ett sådant sätt att vid varje givet tidsintervall är det ungefärliga (kvantiserade) värdet för signalen känt, vilket kan skrivas som ett heltal. Om man skriver dessa heltal i det binära systemet får man en sekvens av nollor och ettor, som blir en digital signal.
En händelse (att ta emot en lapp, observera en signalsignal, ta emot en symbol via telegraf) är en signal endast i systemet av relationer där meddelandet känns igen som betydelsefullt (till exempel under stridsförhållanden är en signalflare en händelse som är endast betydelsefull för observatören till vilken den är riktad). Det är uppenbart att en signal som definieras analytiskt inte är en händelse och inte bär information om funktionen hos signalen och dess parametrar är kända för observatören.
Inom tekniken är en signal alltid en händelse. Med andra ord, en händelse - en förändring i tillståndet för någon komponent i ett tekniskt system, som av systemets logik erkänns som signifikant, är en signal. En händelse som inte erkänns av ett givet system av logiska eller tekniska relationer som signifikant är inte en signal.
Det finns två sätt att representera en signal beroende på definitionsdomänen: tid och frekvens. I det första fallet representeras signalen som en funktion av tiden som kännetecknar förändringen i dess parameter.
Förutom den vanliga tidsrepresentationen av signaler och funktioner, används beskrivningen av signaler efter frekvensfunktioner i stor utsträckning vid dataanalys och bearbetning. Faktum är att vilken signal som helst, oavsett hur komplex den är i sin form, kan representeras som summan av enklare signaler, och i synnerhet som summan av de enklaste övertonssvängningarna, vars helhet kallas signalens frekvensspektrum.
För att byta till frekvensrepresentationsmetoden används Fouriertransformen:
.
Funktionen kallas spektralfunktion eller spektraldensitet.
Eftersom spektralfunktionen är komplex kan vi prata om amplitudspektrum och fasspektrum. Den fysiska innebörden av den spektrala funktionen: signalen representeras som summan av en oändlig serie av harmoniska komponenter (sinusoider) med amplituder som kontinuerligt fyller frekvensintervallet från 0 till , och initiala faser.
Wikimedia Foundation.
2010.:signal Se vad "Signal" är i andra ordböcker: - en, m. signal, tyska. Signal ons. lat. signale lat. signum tecken, signal. 1. Konventionell skylt för att förmedla vilka bokstäver. information, order etc. BAS 1. När överbefälhavaren på ett fartyg är så skadad i strid att han inte längre kan tjänstgöra, då... ...
Historisk ordbok över gallicismer av det ryska språket Cm …
Ordbok över synonymer Inom fysiken, en förändring i någon fysisk kvantitet som tjänar till att registrera en händelse. Se även: Signaler Referensramar Financial Dictionary Finam. Signal Signal är processen att överföra information genom ett företags handlingar. På engelska: Signal Synonymer:… …
Finansiell ordbok
Nästan från ögonblicket av dess tillkomst stod mänskliga stammar inför behovet av att inte bara samla information utan också att utbyta den med varandra. Men om det inte var så svårt att göra det här med dina nära (språk och skrift), så med dem som var på långa avstånd, orsakade denna process vissa problem.
Vad är en signal?
Många forskare tror att förmågan hos biologiska organismer, eller till och med enskilda celler, att kommunicera med varandra (som signalerar närvaron av näringsämnen eller fara) har blivit evolutionens främsta drivkraft.
Varje fysisk process vars parametrar är anpassade till typen av överförd data kan fungera som en signal. Till exempel, i ett telefonkommunikationssystem omvandlar sändaren den talande abonnentens ord till en elektrisk spänningssignal, som sänds genom ledningar till den mottagande enheten, nära vilken den lyssnande personen befinner sig.
Dessa två begrepp ligger mycket nära i betydelse - de innehåller viss data som överförs från avsändaren till mottagaren. Det finns dock en märkbar skillnad mellan dem.
För att uppnå detta mål måste meddelandet accepteras av adressaten. Det vill säga, dess livscykel består av tre steg: informationskodning - överföring - meddelandeavkodning.
När det gäller en signal är dess acceptans inte ett nödvändigt villkor för dess existens. Det vill säga att informationen som krypteras i den kan avkodas, men om detta kommer att göras av någon är okänt.
I naturen finns det många typer av signaler med olika egenskaper. I detta avseende används olika kriterier för dessa fenomen för att klassificera dem. Det finns alltså tre kategorier:
Beroende på bildningsmetoden är typerna av signaler följande.
De två sista typerna av signaler är också de enklaste exemplen på kommunikationstekniska operationer, vars syfte är att meddela om särdragen i den aktuella situationen.
Oftast används de för att varna för fara eller systemfel.
Ofta används ljud och optiska varianter som koordinerande sådana för smidig drift av automatiserad utrustning. Så vissa typer av styrsignaler (kommandon) stimulerar systemet att börja agera.
Till exempel i brandlarm, när sensorer upptäcker spår av rök, avger de ett högt ljud. Detta i sin tur uppfattas av systemet som en styrsignal för att släcka branden.
Ett annat exempel på hur en signal (typer av signaler efter typ av fysisk natur listas ovan) aktiverar systemet i händelse av fara är termoregleringen av människokroppen. Så om, på grund av olika faktorer, kroppstemperaturen stiger, "informerar" cellerna hjärnan om detta, och det sätter på "kroppens kylsystem", mer känt för alla som svettning.
Det finns olika kategorier för denna parameter.
Alla dessa typer av signaler är elektriska. Detta beror på att de inte bara är lättare att bearbeta, utan de överförs också lätt över långa avstånd.
Detta namn ges till signaler av naturligt ursprung som förändras kontinuerligt över tiden (kontinuerligt) och som kan anta olika värden under ett visst intervall.
På grund av sina egenskaper är de idealiska för dataöverföring i telefonkommunikation, radiosändningar och TV.
Faktum är att alla andra typer av signaler (digitala, kvanta och diskreta) är till sin natur konverterade analoga.
Beroende på kontinuerliga utrymmen och motsvarande fysiska storheter urskiljs olika typer av analoga signaler.
Som redan nämnts i föregående stycke är detta fortfarande samma analoga typ, men skillnaden är att den har kvantiserats. Samtidigt kan hela dess värdeområde delas in i nivåer. Deras antal representeras i antal av ett givet bitdjup.
Vanligtvis används denna process i praktiken vid komprimering av ljud eller optiska signaler. Ju fler kvantiseringsnivåer, desto mer exakt blir transformationen från analog till kvant.
Den aktuella sorten avser även sådana som uppkommit på konstgjord väg.
I många klassificeringar av signaltyper är denna signal inte särskiljd. Det finns dock.
Denna signal är också artificiell och har ett begränsat antal nivåer (värden). Som regel finns det två eller tre av dem.
I praktiken kan skillnaden mellan diskreta och analoga signalöverföringsmetoder illustreras genom att jämföra ljudinspelning på en vinylskiva och en cd-skiva. På den första presenteras information i form av ett kontinuerligt ljudspår. Men på den andra - i form av laserbrända prickar med olika reflektionsförmåga.
Denna typ av dataöverföring sker genom att konvertera en kontinuerlig analog signal till en uppsättning diskreta värden i form av binära koder.
Denna process kallas diskretisering. Beroende på antalet tecken i kodkombinationerna (uniform/ojämn) är den uppdelad i två typer.
Idag ersätter denna metod för att överföra information ständigt analog. Liksom de två föregående är den också konstgjord. I praktiken representeras det som en sekvens av digitala värden.
Till skillnad från analog överför denna data mycket snabbare och med bättre kvalitet, samtidigt som den rensar den från störningar. Samtidigt är detta svagheten hos den digitala signalen (de andra typerna av signaler finns i de tre föregående styckena). Faktum är att information som filtreras på detta sätt förlorar "bullriga" datapartiklar.
I praktiken innebär det att hela bitar försvinner från den överförda bilden. Och om vi pratar om ljud - ord eller till och med hela meningar.
Faktum är att vilken analog signal som helst kan moduleras till digital. För att göra detta genomgår den två processer samtidigt: provtagning och kvantisering. Eftersom en digital signal är en separat metod för att överföra information är den inte indelad i typer.
Dess popularitet har bidragit till att de senaste åren har den nya generationens TV-apparater skapats specifikt för digital snarare än analog överföring av bild och ljud. De kan dock kopplas till vanliga TV-kablar med hjälp av adaptrar.
Alla ovanstående metoder för dataöverföring är förknippade med ett fenomen som kallas modulering (för digitala signaler - manipulation). Varför behövs det?
Som bekant är elektromagnetiska vågor (med hjälp av vilka olika typer av signaler sänds) benägna att dämpas, och detta minskar deras överföringsområde avsevärt. För att förhindra att detta inträffar överförs lågfrekventa vibrationer till området för långa, högfrekventa vågor. Detta fenomen kallas modulering (manipulation).
Förutom att öka dataöverföringsavståndet förbättrar det signalernas brusimmunitet. Det blir också möjligt att samtidigt organisera flera oberoende kanaler för att överföra information.
Själva processen är som följer. En enhet som kallas en modulator tar emot två signaler samtidigt: lågfrekvent (bär viss information) och högfrekvent (informationsfri, men kan sändas över långa avstånd). I den här enheten omvandlas de till en, som samtidigt kombinerar fördelarna med dem båda.
Typerna av utsignaler beror på den ändrade parametern för ingångsbärvågens högfrekventa oscillation.
Om den är harmonisk kallas denna moduleringsprocess analog.
Om periodisk - pulsad.
Om bärvågssignalen helt enkelt är likström kallas denna typ för brusliknande.
De två första typerna av signalmodulering är i sin tur indelade i undertyper.
Analog modulering fungerar så här.
Typer av modulering av pulssignaler (diskreta).
Efter att ha övervägt vilka metoder för dataöverföring som finns, kan vi dra slutsatsen att, oavsett deras typ, spelar de alla en viktig roll i en persons liv, hjälper honom att utvecklas helt och hållet och skyddar honom från möjliga faror.
När det gäller analoga och digitala signaler (med hjälp av vilka information överförs i den moderna världen), troligen, under de kommande tjugo åren i utvecklade länder, kommer den första nästan helt att ersättas av den andra.
