Последовательность преобразований сигналов и данных, их назначение.
Последовательность этапов обработки сигнала в типичной цифровой системе связи удобно представить с помощью функциональной схемы, приведённой на рис. 1. Верхняя часть данной схемы соответствует передающей стороне, нижняя – приёмной.
Рис. 1. Функциональная схема типичной системы цифровой связи
Источник и получатель информации могут быть цифровые, либо аналоговые.
Кодирование источника – преобразование аналогового сигнала в цифровой и удаление из сигнала избыточной информации.
Шифрование – обеспечивает конфиденциальность связи.
Канальное кодирование – методы улучшения цифровых сигналов, в результате применения которых сигналы становятся менее уязвимыми к воздействию шума, различных помех, замираний, которые приводят к появлению ошибок в передаче информации.
Импульсная модуляция – преобразование данных из двоичного представления в форму узкополосного низкочастотного сигнала (видеосигнала).
Полосовая модуляция – перенос спектра сигнала с импульсной модуляцией на высокую частоту.
Передатчик осуществляет преобразование сигнала из цифрового в аналоговый, преобразование частоты полосового сигнала до значения несущей частоты, усиление мощности сигнала и его подача в канал передачи.
Канал передачи (среда распространения сигнала) добавляет к сигналу шумы, помехи, производит частотные искажения сигнала.
Приёмник - фильтрация, усиление и преобразование частоты принимаемого сигнала, преобразование сигнала из аналоговой формы в цифровую.
|
|
|
Демодуляция - превращение радиосигнала в низкочастотный импульсный сигнал.
Выравнивание – устранение искажений сигнала, вызванных многолучевым распространением в канале передачи.
Различение сигнала – принятие решения о цифровых значениях принятых символов сигнала. В результате этого импульсный сигнал преобразуется в поток битов.
Канальное декодирование – осуществляется исправление части ошибочно распознанных битов данных (не больше некоторого фиксированного количества).
Дешифрование – операция, обратная шифрованию.
Декодирование источника – в сигнал возвращается избыточная информация, удалённая из него в процессе кодирования источника, а также сигнал источника переводится в аналоговую форму (в случае аналогового источника информации).
Тема 8. Цифровое представление аналоговых сигналов.
Теорема Котельникова.
Все реальные непрерывные сигналы являются плавными функциями времени. Скачки значений в них практически не наблюдаются. Поэтому такие сигналы можно представить последовательностью их значений, взятых с некоторым шагом по времени. Значение сигнала в фиксированный момент называется отсчетом.
|
|
|
Рис.1. Временные диаграммы непрерывного и дискретизированного сигналов
На этом рисунке показан непрерывный сигнал и его отсчеты с различным шагом по времени. При малом шаге (рис. б) последовательность отсчетов достаточно точно описывает сигнал, а при большом шаге (рис. в) по отсчетам нельзя восстановит форму сигнала, так как пропущены его характерные экстремальные точки.
Как же часто следует брать отсчеты, чтобы по ним можно было полностью восстановить сигнал?
Ответ на этот вопрос дает теорема, доказанная
в 1933 г. Советским ученым академиком В.А. Котельниковым и названная его именем.
Любая непрерывная функция, спектр которой не содержит частот выше 
, полностью определяется своими отсчетами, взятыми через интервал времени
Δt = 
= 
Согласно этой теореме любой непрерывный сигнал u ( t ) с конечным спектром (имеющим максимальное значение 
) можно представить в виде дискретных отсчетов u ( kΔt ), частота дискретизации которых должна быть выбрана не менее чем в два раза выше максимального значения спектра сигнала: 
, передать его по линии связи, а затем восстановить исходный аналоговый сигнал.
|
|
|
Теорема Котельникова является основой для дискретизации непрерывных сигналов по времени, так как, во – первых, доказывает, что непрерывный сигнал можно заменить его дискретными значениями, во – вторых, дает правило вычисления шага дискретизации Δt = . При таком шаге дискретизации ряд Котельникова дает точное временное представление сложного сигнала.
Физический смысл теоремы Котельникова.
Теорема Котельникова утверждает, что если требуется передать непрерывный сигнал u ( t ) с ограниченным спектром по каналу связи, то можно не передавать все его значения: достаточно лишь передать его мгновенные значения (отсчеты) через интервал Δt. Поскольку сигнал u ( t ) полностью определяется этими значениями, то по ним он может быть восстановлен на приемном конце системы связи. Для этого достаточно соединить отсчеты плавной кривой. Это можно объяснить тем, что сигнал u ( t ) между отсчетами может изменяться только плавно, так как частоты выше дающие быстрые изменения, в сигнале отсутствуют. Ведь отсчеты берутся достаточно часто, и тем чаще, чем выше максимальная частота .
Практическое применение теоремы Котельникова.
Дискретизация сигнала осуществляется достаточно просто: периодически на короткое время через интервал Δt , ключом замыкается цепь от источника сигнала u ( t ) к нагрузке – получаем отсчеты u ( kΔt ). Далее эти отсчеты, пройдя через канал связи, поступают на вход идеального фильтра нижних частот (ФНЧ) с верхней частотой пропускания . На выходе фильтра получается исходный непрерывный сигнал u ( t ).
|
|
|
Рис.2. Структурная схема системы связи с использованием теоремы Котельникова.
На передающей стороне берутся отсчеты u ( kΔt )сигнала u ( t ) в моменты kΔt. Далее отсчеты любым способом передаются по каналу связи. Идеальный ФНЧ на приемном конце восстанавливает исходный сигнал u ( t ).
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 1066; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!