Основы радиоэлектроники и связи

1. Общая характеристика задач радиоэлектроники : 1.2. Модели сигналов, помех и систем в современной теории связи

1.2.1 Классификация сигналов и помех

В радиоэлектронике объектом изучения являются электрические сигналы, представляющие собой колебания электрического тока (напряжения). Электрический сигнал, содержащий информацию, называется сообщением.

Сообщение, образованное преобразователем информации в электрический сигнал, является, как правило, медленно меняющейся функцией времени. Для повышения эффективности передачи информации используют высокочастотные колебания, параметры которого меняются по закону сообщения. Такие сигналы называются модулированными или радиосигналами. В примере, показанном на рис. 1, радиосигнал s(t) с амплитудной модуляцией содержит сообщение, которое описывается огибающей (пунктирная линия) высокочастотного колебания.

- давление звука на мембраму микрофона.     - электрический сигнал на выходе микрофона.     -амплитудно-модулированный радиосигнал, огибающая которого пропорциональна низкочастотному сообщению на выходе микрофона.

Рис. 4

В свою очередь огибающая воспроизводит электрический ток i(t) в выходной цепи микрофона и соответствующее ему изменение звукового давления p(t) на его мембрану. Описание сигналов осуществляется с помощью математических моделей: функций, цифр, векторов.

При аналоговом представлении сигналов сообщение описывается функциями времени. Функция непрерывного аргумента s(t) задается на некотором непрерывном интервале времени, причем значения функции определены для всех t на этом интервале времени, за исключением моментов разрыва непрерывности.

Сообщение в аналоговой форме может описываться одной функцией s(t), или упорядоченной совокупностью функций (векторная функция):

Дискретно–аналоговое представление сообщения, осуществляемое путем дискретизации аналогового сигнала, описывается упорядоченной совокупностью величин s_к (t_к), где к = 1, 2 … n, каждая из которых может иметь любое значение в моменты t_к:

Цифровой сигнал образуется путем округления значений s_к(t_к) до некоторого значения внутри интервала и преобразования в цифровую форму. Переход от непрерывной шкалы координат сообщения к шкале фиксированных (квантованных) значений называют квантованием. На рис.5 - представлены процессы преобразования сигналов из аналогового в квантованный.

Аналоговый сигнал.       Дискретизированный (дискретно-аналоговый) сигнал.       Квантованный (цифровой) сигнал.

Рис. 5

По роли в передаче информации сигналы можно разделить на полезные и мешающие (помехи). Помехи искажают полезную информацию.

Сигнал называется детерминированным, если задано его описание в виде функции (аналоговой, дискретной или цифровой). Если предсказать заранее изменение сигнала нельзя, сигнал называется случайным. В этом случае функция сигнала в целом, либо некоторые ее параметры, не известна, но могут быть известны некоторые вероятностные характеристики сигнала.

Среди детерминированных сигналов выделяют периодические, для которых выполняется условие

s (t) = s (t + T),

где Т –минимальный период повторения сигнала.

Для анализа прохождения сигналов через радиоэлектронные цепи используют различные модели детерминированных сигналов, или тестовые сигналы (действительные и комплексные):

а) постоянный сигнал

б) гармонический сигнал

в) комплексный (аналитический) сигнал

;

г) функция включения (функция Хевисайда)

при ;

д) дельта  –  функция (функция Дирака)

при .

При анализе прохождения сигналов через линейные цепи можно сложный сигнал представить в виде суммы простых (тестовых) сигналов и рассматривать реакцию на каждое слагаемое отдельно, суммируя затем результат. На этом принципе основаны различные методы анализа линейных цепей.

© Андреевская Т.М.   РЭ, МГИЭМ, 2004