3 Електричні сигнали

Для передавання інформації потрібен переносник, який здатний розповсюджуватися лінією зв’язку або радіоканалом і може змінюватися під впливом зовнішніх факторів. Ці переносники і є сигналами.

3.1 Види сигналів

Сигнали бувають випадкові та детерміновані, неперервні та дискретні, періодичні та неперіодичні.

Детермінованість – властивість, яка означає визначеність, однозначність результату описуваного процесу при заданих початкових даних.

Наведена класифікація до певної міри умовна, оскільки сигнал може бути неперервним лише на певному кінцевому інтервалі часу. Детерміновані сигнали можна розглядати в ідеалізованому вигляді, оскільки у реальних лініях зв’язку на детермінований сигнал накладаються завади, які мають випадковий характер. Це саме стосується і періодичності сигналів. Але з урахуванням певних обмежень, сигнали можна розглядати у відповідності із наведеною класифікацією.

Періодичний сигнал будь-якої форми може бути поданий у вигляді суми гармонічних коливань. До цієї суми можуть входити парні та непарні гармоніки, а амплітуди та початкові фази приймають конкретні значення в залежності від форми сигналу.

, (3.1)

причому значення амплітуд S_k та фаз φ_κ гармонік обчислюються за формулою:

. (3.2)

Вираз (3.1) називають рядом Фур’є. Якщо використати формулу Ейлера:

, (3.3)

то ряд Фур’є можна записати у комплексному вигляді:

. (3.4)

Формули (3.2) та (3.4) називаються парою перетворень Фур’є.

Для дискретних систем передавання інформації найбільш часто зустрічаються імпульси, форма яких наведена у таблиці 3.1. У техніці передавання інформації імпульсом називають короткочасний вплив відповідної енергії на схему чи пристрій. Таким чином, імпульси бувають електричні або оптичні, за формою їх розподіляють на відео- та радіоімпульси.

Нехай сигнал у формулі (3.1) складається з однієї гармоніки:

. (3.5)

Тоді характеристики сигналу можна зобразити у вигляді, поданому у таблиці 3.2. Аналогічно можна подати характеристики інших коливань, що вміщують в собі дві, три та безкінцеву кількість непарних гармонік. Діаграми розподілення амплітуд та фаз за частотою гармонік називаються відповідно спектром амплітуд та спектром фаз.

Таб­ли­ця 3.1 - Найбільш поширені форми імпульсів

Вид	Відеоімпульс	Радіоімпульс
Прямокутний
Трикутний
Косинусоїдний
Експоненціальний
Дзвоноподібний
Трапецієдальний

Для порівняння потужності сигналів, що передаються системою електрозв’язку, користуються логарифмічними одиницями - децибелами (дБ):

, (3.6)

де Р₁ та Р₂ - потужності двох сигналів.

Якщо брати у вигляді Р₁ якийсь зразковий рівень, тобто проводити порівняння рівня сигналу відносно базового, то рівняння (3.6) набуває вигляду:

. (3.7)

Таблиця 3.2 - Спектральні характеристики сигналів

Аналітичний вираз	Зображення	Спектр амплітуд	Спектр фаз

За базовий рівень приймається потужність 1 мВт, що розсіюється на опорі 600 Ом. Ті значення, що одержують відносно цього рівня, називають децибел-міліватом (дБм).

Динамічний діапазон сигналу визначається:

, (3.8)

де Р_max та Р_min - відповідно максимальне та мінімальне значення миттєвої потужності.

Цей параметр також визначають за амплітудами сигналів:

, (3.9)

де U _max та U _min – відповідно максимальне та мінімальне значення амплітуд сигналу.

Пік-фактором сигналу називають відношення його максимальної потужності до середньої у логарифмічних одиницях.

. (3.10)

У таблиці 3.3 наведені деякі параметри сигналів, що використовуються для передавання інформації різними каналами зв’язку.

Таблиця 3.3 - Параметри сигналів

Назва	Смуга частот, Гц	Рmin,	Рсер,	Рmax,	Dc	Q,	Pmmax,	v, біт/c
Телефонний (мовний)	300 … 3400	0,22	32	2200	40	18,5	0,178 мкВт	8000
Звукового мовлення	300…15000		923	8000	65		4000 пВт	180000
Факсимільний	0 … 732 0 … 1100 0 … 1465				25	4,5		Штрих-2930 Напівтонов-11700
Телевізійний					40	4,8
Телеграфний	50,100, 150, 600, 1200, 2400							3000