Лекции по ИТЗИ / 09. Характеристики аналоговых и дискретных сигналов

09.Характеристики аналоговых и дискретных сигналов.

К аналоговым сигналам относятся сигналы, уровень (амплитуда) которых может принимать произвольные значения в определенном для сигнала интервале.

Амплитуда простого и достаточно распространенного в природе гармо­нического сигнала изменяется по синусоидальному закону:

Большинство аналоговых сигналов имеют более сложную форму. Пери­одические (повторяющиеся через время Т - период) сигналы произвольной формы могут быть представлены в соответствии с формулой Фурье в виде суммы гармонических колебаний:

Параметры ряда Фурье вычисляются по соответствующим формулам. Ряд Фурье представляет собой математическую модель периодического сигнала. Совокупность гармонических составляющих сигнала образуют его спектр.

Амплитуда каждой спектральной составляющей характеризует энергию соответствующей гармоники основной частоты сигнала. Чем выше скорость изменения амплитуды сигнала, тем больше в его спектре высокочастотных гармоник. Разность между максимальной и минимальной частотами спектра сигнала, между которыми сосредоточено основная часть, например, 95% энергии, называется шириной спектра. Графическое изображение спек­тра периодического сигнала представлено на рис. 1.5.

Частоты составляющих спектра непериодического аналогового сигнала непрерывно меняются. При наблюдении спектра такого сигнала на экране анализатора спектра положение и уровень различных спектральных состав­ляющих непрерывно меняются и спектр выглядит как сплошной.

В соответствии с изменением амплитуды аналогового сигнала меняется его энергия или мощность (так как мощность пропорциональна квадрату ам­плитуды). В зависимости от времени измерения энергии сигнала различают среднюю и мгновенную мощность. Десятичный логарифм отношения макси­мальной мощности сигнала к минимальной называется динамическим диапа­зоном сигнала.

Таким образом, аналоговый сигнал описывается набором параметров, яв­ляющихся его признаками. К ним относятся:

• частота или диапазон частот;

• фаза сигнала;

• длительность сигнала;

• амплитуда или мощность сигнала;

• ширина спектра сигнала;

• динамический диапазон сигнала.

У дискретных сигналов амплитуда имеет конечный, заранее определен­ный набор значений. Наиболее широко применяется двоичный дискретный сигнал. Информаци­онные сигналы, циркулирующие в ЭВМ IBM PC, имеют два уровня амплиту­ды: низкий и высокий . Осциллограмма би­нарного сигнала показана на рис. 1.6.

Спектр дискретного периодического сигнала содержит бесконечное ко­личество убывающих по амплитуде гармоник. Для бинарного периодическо­го сигнала фрагмент спектра показан на рис. 1.7.

При прохождении дискретных сигналов по реальным электрическим це­пям радиотехнических средств с ограниченной полосой пропускания их фор­ма искажается и крутизна склона импульса уменьшается. Прямоугольный импульс приобретает колоколообразную форму. В результате этого размыва­ется граница между формой аналогового и дискретного сигналов. Искажения формы и уменьшение амплитуды импульсных сигналов в проводах кабелей ограничивают дальность их передачи, например, для обеспечения межма­шинного обмена данными в локальных сетях.

По физической природе сигналы могут быть акустическими, электричес­кими, магнитными, электромагнитными (в радиодиапазоне - радиосигналы), корпускулярными (в виде потоков элементарных частиц) и материально-ве­щественными, например, пахучие добавки в газ подают сигнал об его утечке.

Сигналы по виду передаваемой информации делятся на речевые, телегра­фные, телекодовые, факсимильные, телевизионные, о радиоактивных излуче­ниях и условные. Телеграфные и телекодовые сигналы используются для пе­редачи буквенно-цифровой информации с низкой и высокой скоростью соот­ветственно. Факсимильные и телевизионные сигналы обеспечивают переда­чу неподвижных и подвижных изображений. Сигналы радиоактивных излу­чений являются демаскирующими признаками радиоактивных веществ. Ус­ловные сигналы несут информацию, содержание которой предварительно определено между ее источником и получателем.

Вид информации, содержащей в сигнале, изменяет его демаскирующие признаки: форму, ширину спектра, частотный и динамический диапазон. Например, стандартный речевой сигнал, передаваемый по телефонной линии, имеет ширину спектра 300-3400 Гц, звуковой - 16-20000 Гц, телевизион­ный - 6-8 МГц и т. д.

По времени проявления сигналы могут быть регулярными, время появле­ния которых получателю информации известно, например, сигналы точного времени, и случайные, когда это время неизвестно. Статистические характе­ристики проявления случайных сигналов во времени могут представлять со­бой достаточно информативные демаскирующие признаки источников, пре­жде всего, об их принадлежности и режимах функционирования. Например, появление в помещении радиосигнала во время ведения в нем разговоров мо­жет с достаточно высокой вероятностью служить демаскирующим призна­ком закладного устройства с акустическим автоматом.