Детерминированные и случайные сигналы

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒

Для того чтобы сигнал содержал информацию, он должен принципиально быть случайным. При описании сигнал некоторым количеством параметров часть из них может быть детерминированной, то есть известной заранее, а часть случайной, то есть несущей информацию. Часто представляет интерес изучение детерминированных характеристик сигнала, и тогда можно условно говорить о детерминированном сигнале. Так, например, если сигналом служит импульс заранее известной формы и величины, то неизвестным заранее параметром является время его прихода; при этом о самом импульсе можно говорить как о детерминированном сигнале.

При длительном существовании сигнала определенной формы последний также может рассматриваться на определенном интервале как детерминированный.

Случайный сигнал представляет собой модулированный носитель, у которого параметры являются случайными функциями времени. Случайный сигнал, у которого лишь небольшое число переменных параметров носит случайный характер, иногда называют квазидетерминированным.

Спектры сигналов

Временная и спектральная формы описания сигнала

Временная форма представляется сигнала, т.е. описание его изменения параметров модуляции в функции времени, позволяет легко определить такие важные характеристики, как энергия, мощность и длительность сигнала.

Важнейший характеристикой сигнала является его частотные свойства. Для их исследования используются частотное представление функции в виде спектра, представляющего собой преобразования Фурье временной формы.

При рассмотрении спектров основных видов сигналов главное внимание уделяется определению их ширины, поскольку в основном этом фактор используется для согласования сигнала с аппаратурой обработки информации (каналом): для исключения потери информации ширина спектра не должна превышать полосы пропускания канала.

Невозмущенный гармонический носитель

U_Н (t)=U₀cos(ω ₀t+φ ₀ )

где U₀ — амплитуда, φ ₀ — начальная фаза вектора U_Н постоянная составляющая отсутствует.

Спектры сигналов с импульсной модуляцией

Импульсный носитель определяется рядом Фурье. Информационные параметры носителя — амплитуда импульсов U₀, частоты ω ₀ и ширина импульсов входит в выражение для гармоник A_k.

Спектры случайных сигналов

Случайный сигнал Ux (t) в отличие от детерминированного нельзя охарактеризовать спектральной плотностью S(jω ) его реализации Ux (t), т.к. амплитуды и фазы всех его спектральных составляющих имели бы случайный характер. Однако для стационарных случайных сигналов неизменным во времени остаются моменты распределений. Поэтому в качестве детерминированного частотного аналога используется функция Sxx (ω ), являющаяся преобразованием Фурье от корреляционной величины Bxx (τ ) случайного сигнала Ux (t).

Функция Sxx (ω ) описывает распределение средней мощности по частотам, в связи с чем она носит название энергетического спектра или спектральной плотности мощности случайного сигнала.

Сигнал может быть охарактеризован различными параметрами. Таких параметров, вообще говоря, очень много, но для задач, которые приходится решать на практике, существенно лишь небольшое их число. Например, при выборе прибора для контроля технологического процесса может потребоваться знание дисперсии сигнала; если сигнал используется для управления, существенным является его мощность и так далее. Рассматривают три основных параметра сигнала, существенных для передачи информации по каналу. Первый важный параметр- это время передачи сигнала Tx. Второй характеристикой, которую приходится учитывать, является мощность Px сигнала, передаваемого по каналу с определенным уровнем помех Pz. Чем больше значение Px по сравнению с Pz, тем меньше вероятность ошибочного приема. Таким образом, представляет интерес отношение Px/Pz. Удобно пользоваться логарифмом этого отношения, называемым превышением сигнала над помехой:

Третьим важным параметром является спектр частот Fx. Эти три параметра позволяют представить любой сигнал в трехмерном пространстве с координатами L, T, F в виде параллелепипеда с объемом T x F x L. Это произведение носит название объема сигнала и обозначается через Vx

Модуляция и кодирование

Модуляция осуществляется для передачи данных с помощью электромагнитного излучения. Обычно, модификации подвергается синусоидальный сигнал именуемый несущей. Несущая, чаще всего, модулируется дискретным сигналом. Все системы в сети взаимодействуют, посылая друг другу дискретные сигналы. Модуляция используется в широкополосных каналах и узкополосных каналах. Основополосные каналы работают без модуляции.

Процесс модуляции и обратный ей процесс-демодуляцию осуществляет абонентская система. Для этого система-передатчик данных относительно медленные изменения значений дискретного сигнала накладывает на несущую и полученный модулированный сигнал передает в канал. Система-адресат осуществляет демодуляцию, разделяя несущую и наложенный на нее сигнал. Последний несет переданные данные, которые обрабатываются в системе-адресате. Модуляция и демодуляция в сетях осуществляется модемами, входящими в состав абонентских систем.

К основным методам модуляции относятся:

1. Амплитудная модуляция, связанная с изменением амплитуды несущей. Здесь высокий потенциал соответствует " единице", а низкий - " нулю". Этот вид модуляции используется редко.

2. Частотная модуляция, состоит в том, что сигналы 0, 1 передаются синусоидами, имеющими различные частоты.

3. Фазовая модуляция, где при изменении от " нуля" к " единице" и от " единицы" к " нулю" фаза синусоидальной несущей изменяется на 180. Применяется в высокоскоростных модемах.

4. Импульсно-кодовая модуляция, в которой аналоговый сигнал кодируется сериями импульсов. Используется в устройствах кодирования-декодирования.

5. Спектральная модуляция, при использовании которой несущая модулируется по частоте в сочетании с третьим, кодовым сигналом. Используется в военной технике и пакетных радиосетях.

В оптическом диапазоне частот используется также метод поляризационной модуляции. Он основан на изменении угла плоскости поляризации света.

Часто из-за использования различных языков, форм представления информации в компонентах систем и сетей, необходимо изменение способа кодирования. Это требует преобразования кода.

При передаче данных используются избыточные коды. Это - коды, которые за счет усложнения их структуры позволяют находить возникающие ошибки. К ним, в первую очередь, относятся коды с обнаружением ошибок. Чаще всего это - циклические избыточные коды. Простая разновидность такого кода - код с контролем по четности. Широко используется для обнаружения ошибок в блоках данных также код Контроля циклической избыточности CRC.

Важное значение имеют коды с исправлением ошибок. Использование этих кодов позволяет с большой вероятностью не только обнаруживать, но и исправлять возникшие при передаче ошибки. Например, код Хемминга позволяет находить и исправлять одиночные ошибки, появляющиеся в блоках данных.

Различают двоичный код и троичный код. Алфавит первого ограничен двумя символами (0, 1), а второго - тремя символами (-1, 0, +1).

В каналах часто используются биполярные коды. Здесь единицы представляются чередующимися положительными и отрицательными импульсами. Отсутствие импульсов определяет состояние " нуль". Биполярное кодирование обеспечивает обнаружение одиночной ошибки. Так, если вместо нуля появится единица, либо единица ошибочно сменится на нуль, то это легко обнаруживается. В обоих случаях нарушается чередование полярности импульсов.

Широкую известность в сетях получило манчестерское кодирование, обеспечивающее не только передачу данных, но и синхронизацию этой передачи. Процесс, обратный кодированию, именуют декодированием. Изменение кодов осуществляется благодаря перекодированию данных.

Лекция 12

9.4. Каналы передачи данных и их характеристики

9.5. Методы повышения помехоустойчивости передачи и приема

9.6. Современные технические средства обмена данных и каналообразующей аппаратуры

⇐ Предыдущая 1 234 5 Следующая ⇒