Информация, сообщение, сигнал. Принципы

Лекция 15. Основные параметры сигнала

Тема 5. Электромагнитные сигналы и их преобразования

классификации сигналов

Слово сигнал происходит от латинского термина «signum» - знак, имеющего широкий смысловой диапазон, в котором такие понятия, как сигнал, сообщение и информация отождествляют.

В соответствии с принятой традицией сигналом называют процесс изменения во времени физического состояния какого-либо объекта. Сигнал служит для отображения, регистрации и передачи сообщений. В практике человеческой деятельности сообщения неразрывно связаны с заключенной в них информацией.

Если систему связи представлять в виде совокупности каналов связи, то на её передающей и приемной сторонах оперируют понятиями: источник передаваемой информации и получатель информации. В свою очередь канал связи представляется как совокупность линий связи для передачи и приема сообщений. В линии связи, например, в радиолинии, включающей в себя предающую антенну, среду распространения электромагнитных волн и приемную радиоантенну, оперируют понятием сигнал.

Любой сигнал представляет собой четыре взаимосвязанные между собой составляющие, обязательно присутствующие в сигнале и несущие информацию о конкретном событии:

1. Физический носитель сигнала, например, среда, электромагнитные волны, механические перемещения и др.

2. Форма выражения сигнала (синтаксис), например, колебания, излучения и др.

3. Смысл интерпретации сигнала (семантика).

4. Правила приписывания различного смысла одному и тому же сигналу (прагматика).

Наше внимание остановим на исследовании электромагнитных, точнее, радиотехнических, сигналов.

Сигналы как физические процессы можно изучать с помощью различных приборов и устройств. Однако такой эмпирический метод является частным, сдерживает широкие обобщения результатов исследований по фундаментальным свойствам электротехнических сигналов, ограничивает предсказания результатов в новых условиях опытов.

Поэтому в современных условиях развития науки создают математические модели исследуемого сигнала в виде функциональных зависимостей, аргументом которых является время.

Математическая модель позволяет абстрагироваться от конкретной физической природы носителя сигнала и с равным успехом описывает ток, напряжение, электромагнитное поле и т.д.

С помощью математических моделей сигналов можно их сравнивать между собой и проводить классификацию. Принципы классификации заложены в их признаках, основные из которых приводятся ниже:

1. По числу одновременно описываемых функций времени сигналы подразделяются на одномерные (одна функция времени) и многомерные или векторные сигналы вида

, (15.1)

где N – размерность многомерного сигнала.

Многомерные модели сигналов нашли широкое применение для анализа функционирования сложных компьютерных систем.

2. По степени возможности или невозможности точного предсказания мгновенного значения в любой момент времени модели сигналов представляются детерминированными или случайными (недетерминированными).

Отметим, что строго детерминированных сигналов не существует. Всегда воздействует на временные процессы хаотичная среда.

Случайные сигналы проявляют себя в радиотехнике как помехи. Непреодолимой границы между детерминированными и случайными сигналами нет. При большом уровне сигнала над помехой можно его считать детерминированным. Отношение мощности сигнала к мощности помехи обозначается величиной .

3. По длительности времени предъявления и формы огибающей сигналы различают на видеоимпульсы и радиоимпульсы (рис. 15.1)

4. По степени возможности наблюдать сигнал в любой момент времени их классифицируют на аналоговые и дискретные.

Аналоговые сигналы можно измерять в любые моменты времени, так как они имеют конечное число устранимых точек разрыва первого рода. Называют их таким термином потому, что они «аналогичны» порождающим их физическим процессам.

Простейшая математическая модель дискретного сигнала – это счетное множество точек { t_i }, где i – целое число на оси времени, что проиллюстрировано на рис. 15.2.

Разновидностью дискретных сигналов являются цифровые сигналы, для которых характерно то, что отсчетные значения представлены в форме чисел. Широкое распространение нашли двоичные числа с ограниченным количеством разрядов.

В сущности, любой дискретный сигнал как физический процесс при медленном изменении во времени является аналоговой величиной в виде последовательности прямоугольных видеоимпульсов как одинаковой (рис. 15.3, а), так и переменной (рис. 15.3, б) длительности.

Из рис. 15.3 следует, что одним из параметров дискретного сигнала как импульса является его скважность

. (15.2)

Техника дискретных сигналов служит основой таких перспективных областей, как цифровое радиовещание, цифровое телевидение, цифровая звукозапись и т.д.

После того, как были рассмотрены основные классификационные признаки электромагнитных сигналов, остановим дальнейшее внимание на оценке их основных параметров.

Дата добавления: 2014-01-15