2.2 Характеристики сигналов электросвязи

Полезный сигнал является объектом транспортировки (передачи), а техника связи – техникой транспортирования (передачи) сигналов по каналам связи. Основные параметры сигнала с точки зрения его передачи:

Длительность сигнала - интервал времени, в пределах которого сигнал существует;

Ширина спектра сигнала - диапазон частот, в пределах которого сосредоточена основная часть энергии сигнала;

Динамический диапазон - диапазон изменения уровней сигнала. Выражается в децибелах (дБ):

,

где - максимальное и минимальное значения мгновенной мощности;

- средняя мощность шумов в канале.

Динамический диапазон может быть определен не только по мощности, но и по напряжению или току:

или ,

где - максимальные и минимальные значения мгновенного напряжения или тока.

Обобщающей характеристикой является ОБЪЕМ сигнала:

.

Объем сигнала пропорционален объему информации, им переносимой. Чем больше объем сигнала, тем больше информации можно «заложить» в этот объем и тем труднее передать такой сигнал по каналу связи с требуемым качеством.

Другие характеристики сигнала:

- база сигнала: . Если В_с≤1, то сигнал называют узкополосным, если В_с>>1 – широкополосным;

- коэффициент амплитуды сигнала: ,

где - средняя мощность сигнала.

3 Способы представления сигналов

3.1 Математическая модель сигнала

Это его математическое описание, т.е. получение относительно простого математического выражения (формулы, уравнения, неравенства и др.), по которому можно вычислить свойства и параметры сигнала (мгновенные значения, числовые характеристики и др.).

Пример: .

Выбор математической модели осуществляется на основе анализа временной диаграммы. Один и тот же сигнал может быть представлен несколькими моделями.

Достоинства: удобство при теоретических расчетах.

Недостатки: трудность подбора при сложной форме сигнала.

3.2 Временная диаграмма сигнала

Это кривая мгновенных значений сигнала, выполненная в зависимости от времени (графическое представление формы сигнала).

Временная форма представления сигнала позволяет определить такие важные характеристики, как его энергия, мощность и длительность. Энергия сигнала, расположенного на интервале [t₁, t₂]:

.

Именно такая энергия выделится на резисторе с сопротивлением 1 Ом, если на его зажимы подано напряжение u(t). Энергия периодического сигнала неограниченно велика. Поэтому здесь нужно говорить о мощности сигнала, т.е. об энергии в единицу времени.

Пример:

Рисунок 3.1 – Временная диаграмма.

Временную диаграмму можно наблюдать с помощью осциллографа.

Достоинства: наглядность.

Недостатки: неудобство при теоретических расчетах и при представлении длительных сигналов.

3.3 Спектральная диаграмма сигнала

Это графическое изображение его спектра.

Если какой-либо сигнал представлен в виде суммы гармонических колебаний с различными частотами, то говорят, что осуществлено спектральное разложение этого сигнала. Совокупность отдельных гармонических компонент сигнала образуют его спектр.

Различают амплитудные и фазовые спектральные диаграммы.

Амплитудная спектральная диаграмма сигнала – диаграмма распределения по частоте амплитуд гармонических составляющих сигнала. Амплитуды гармоник могут принимать только положительные значения. В них заключена важная информация о распределении энергии сигнала по различным частотным составляющим.

Пример:

Рисунок 3.2 – Амплитудная спектральная диаграмма.

Фазовая спектральная диаграмма сигнала – диаграмма распределения по частоте фаз гармонических составляющих сигнала. Фазы гармоник могут принимать как положительные, так и отрицательные значения в интервале [-π, π].

Пример:

Рисунок 3.3 – Фазовая спектральная диаграмма.

Спектральные диаграммы можно наблюдать с помощью анализатора спектра.

Достоинства: знание спектра позволяет осуществить неискаженную передачу сигнала по каналу связи, обеспечить разделение сигналов и ослабление помех.

Недостатки: форма сигнала определяется в совокупности как амплитудными, так и фазовыми составляющими спектра.