1.2. Элементы обобщенной теории сигналов

При изучении обобщенной теории сигналов рассматриваются следующие вопросы.

1. Основные характеристики и методы анализа сигналов, используемых в радиотехнике для передачи информации.

2. Основные виды преобразований сигналов в процессе построения каналов.

3. Способы построения и методы анализа радиотехнических цепей, посредством которых выполняются операции над сигналом.

Радиотехнические сигналы можно определить как сигналы, которые используются в радиотехнике. По своему назначению радиотехнические сигналы делятся на сигналы:

радиовещания,

телевизионные,

телеграфные,

радиолокационные,

радионавигационные,

телеметрические и др.

Все радиотехнические сигналы модулированы. При формировании модулированных сигналов используют первичные сигналы низкой частоты (аналоговые, дискретные, цифровые).

Аналоговый сигнал повторяет закон изменения передаваемого сообщения.

Дискретный сигнал – источник сообщения передает информацию через определенные интервалы времени (например, о погоде), кроме того, дискретный источник может быть получен в результате дискретизации во времени аналогового сигнала.

Цифровой сигнал – это отображение сообщения в цифровой форме. Пример: текстовое сообщение кодируем в цифровой сигнал.

Все знаки сообщения могут кодироваться в двоичный код, шестнадцатеричный и другие коды. Кодирование осуществляется автоматически при помощи кодера. Таким образом, символы кода преобразуются в стандартные сигналы.

Преимущество цифровой передачи данных - это высокая помехозащищенность. Обратное преобразование осуществляется при помощи цифроаналогового преобразователя.

Математические модели сигналов

При изучении общих свойств сигналов обычно отвлекаются от их физической природы и назначения, заменяя их математической моделью.

Математическая модель – выбранный способ математического описания сигнала, отображающий наиболее существенные свойства сигнала. На основе математической модели можно произвести классификацию сигналов с целью определения их общих свойств и принципиальных отличий.

Радиотехнические сигналы принято делить на два класса:

детерминированные сигналы,

случайные сигналы.

Детерминированный сигнал – это сигнал, значение которого в любые моменты времени является известной величиной или может быть заранее вычислено.

Случайный сигнал – это сигнал, мгновенное значение которого является случайной величиной (например, звуковой сигнал).

Математические модели детерминированных сигналов

Детерминированные сигналы делятся на два класса:

периодический,

непериодический.

Пусть s(t) – детерминированный сигнал. Периодические сигналы описываются периодической функцией времени:

и повторяются через период T. Приближенно t >>T. Остальные сигналы непериодические.

Импульс – это сигнал, значение которого отлично от нуля в течение ограниченного интервала времени (длительность импульса ).

Однако при описании математической модели используются функции, заданные на бесконечном интервале времени. Вводят понятие эффективной (практической) длительности импульса:

.

Экспоненциальный импульс.

Например: определение эффективной длительности экспоненциального импульса как интервала времени, в течение которого значение сигнала уменьшается в 10 раз. Определить эффективную длительность импульса для рисунка:

.

Энергетические характеристики сигнала. Мгновенная мощность – это мощность сигнала на сопротивлении 1 Ом:

.

Для непериодического сигнала введем понятие энергии на сопротивлении 1 Ом:

.

Для периодического сигнала введено понятие средней мощности:

Динамический диапазон сигнала определяется как отношение максимальной P^(t) к той минимальной P^(t), которая позволяет обеспечить заданное качество передачи (выражается обычно в дБ):

.

Спокойная речь диктора имеет динамический диапазон примерно 25…30 дБ, у симфонического оркестра до 90 дБ. Выбор значения P_min связан с уровнем помех: .