ЛЕКЦИИ по УФиГС (ЛЕКЦИИ по УФиГС)

Посмотреть архив целиком

Московский Авиационный Институт

(Государственный Технический Университет)




кафедра 406




Конспект лекций


ПО КУРСУ





«УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ И ГЕНЕРАЦИИ СИГНАЛОВ»









Выполнил:

студент группы 04-420

Дадашев М.С



Преподаватель:

профессор, к.т.н. Давыдова Н.С.



Москва 2008 г.

Лекция № 1

Часть 1.Виды сигналов в каналах связи РЭС

Сигнал – это сообщение-информация о каком-либо событии, передаваемое на расстоянии. Событие заключается в изменении какого-либо параметра определенного физического процесса определяемого временной функцией y(t). В настоящее время в радиоэлектронных системах передачи информации (РЭСПИ) используются электрические сигналы , который представляет собой напряжение или ток в электрической цепи, изменяющиеся пропорционально физическому процессу y(t):

и этот сигнал называется первичный информационный сигнал (ПИС).

F – частота или скорость изменения сигнала.

K – коэффициент пропорциональности.

Источником ПИС a(t) является специальное электронное устройство – датчик информации (ДИ). Примером могут служить такие ДИ, как: видеокамеры, микрофоны и т.д. Передача информации от ДИ к получателю информации (ПИ) осуществляется с помощью электромагнитных волн, возбуждаемых в проводных линиях связи (кабели, волноводы, волоконно - оптические) или в свободном пространстве. ДИ, ПИ и линия связи образуют канал связи, который называется телефонным для проводных линий связи и радиоканалом для свободного пространства. При этом упрощенная функциональная схема канала связи, и обобщенная функциональная схема показаны на ниже приведенных рисунках:



рис. 1 Схема передачи информации

Таким образом сигналы, действующие в канале связи:

 - первичный информационный канал (ДИ).

 - низкочастотный информационный сигнал (ПИ)

 - модулятор напряжения (ГМН)

 - радиосигнал или высокочастотный информационный сигнал (ГРС).

Разница между F и f: НЧ информационный сигнал не может быть передан через свободное пространство. .

П1 и П2 – функции времени, а К от времени не зависит.

Устройства, которые образуют КС:

  • Генераторы ГМН и ГРС;

  • Усилители ВЧ;

  • НЧ усилители модулированного напряжения и усилители радиосвязи;

  • Детекторы;

  • Кодеры;

  • Декодеры;

  • Модуляторы.

Виды информационных сигналов

Структура канала связи и устройств формирования сигналов (УФС) определяется структурой передаваемого информационного сигнала. В зависимости от структуры, информационные сигналы делятся на 2 типа:

  1. Детерминированные, заданные регулярной функцией , которая представляет собой зависимость мгновенного значения сигнала от времени.

  2. Шумовые, заданные функцией плотности вероятности p(x), где p – обозначает вероятность того, что мгновенное значение сигнала x находится в определенном интервале .

Детерминированные сигналы, в зависимости от характера функции  делятся на:

  • Аналоговые (непрерывные);

  • Дискретные (импульсные).

Шумовые сигналы, различают по виду функции p(x) (нормальный, Рэлейский...). Детерминированные сигналы могут быть периодическими, если , где T – период повторения, или непериодическими, если для функции  не существует отрезка времени, удовлетворяющего условию периодичности. Аналоговые непрерывные сигналы, для которых функция  определена и непрерывна, в некотором интервале длительностью Tc и могут принимать в этом интервале бесчисленное множество значений.

рис. 2

Дискретные или импульсные сигналы, для которых функция  определена в некотором узком интервале времени  много меньше Tс и может принимать лишь одно или несколько фиксированных значений (уровней) в этом интервале.

Характеристики и параметры информационных сигналов

Временная и частотная характеристика.

Временная характеристика ИС определяется временной функцией , которая называется формой сигнала. Частотная характеристика ИС определяется комплексной функцией частоты  названной спектральной функцией или спектром сигнала. Эти характеристики связаны между собой преобразованием Фурье:

Эти характеристики называются соответственно прямым и обратным преобразованием Фурье.



Лекция № 2



Рассмотрим характеристики информационных сигналов.

U(t)

Простейшим аналоговым непрерывным сигналом является гармонические колебания (все информационные сигналы представляют собой гармонические колебания). Гармонические колебания определяются гармонической функцией времени.

Параметрами этого колебания являются амплитуда A, частота ω0 и фаза φ0.

Где ω0 – собственная резонансная частота колебательной системы  . Графически это колебание представляется следующим образом

рис. 3

Такие колебания возникают в электрической колебательной системе, которая представляет собой колебательный контур (последовательный или параллельный).

рис.4



Принцип действия: обмен энергией между индуктивностью L и емкостью C, которая определяется из соотношений:



Магнитное поле сосредотачивается в индуктивности, а электрическое поле – в емкости. Таким образом, происходит преобразование энергии магнитного поля в энергию электрического и обратно. Физический смысл параметров A, ω, φ определяется путем представления гармонических колебаний вращающимся вектором в комплексной плоскости координат.

рис. 5

Физический смысл ω0 – круговая частота – это угол, проходящий в единицу времени [рад/с].

Амплитуда колебания – это длина вектора, тогда


Проекции вектора  представляются следующим образом:

j

 . смысл параметра F – количество полных колебаний в единицу времени или циклическая частота, тогда  – время одного полного колебания.

Таким образом, гармоническое колебание или простейший аналоговый сигнал может быть представлен аналитически: тригонометрической функцией; вектором, вращающимся в комплексной плоскости; комплексным числом.

Спектр такого сигнала представляется в виде отрезка длиной A:

Рис. 6

Физический смысл определяется выражением преобразования Фурье:

Колебательная система:

Рис. 7

рис. 8

В момент резонанса =0. При ω<ω0, φ<0, так как на НЧ основное значение сопротивления конденсатора стремится в бесконечность, а сопротивление индуктивности стремится к нулю, следовательно, возникает запаздывание и фазовая характеристика приобретает следующий вид:

рис. 9

Импульсный информационный сигнал представляет собой периодическую последовательность прямоугольных импульсов.

Рис. 10

Рис.11

Рис. 12



Аналитическое выражение для этой функции:

рис. 13



Рис.14

Рассмотренные простейшие информационные сигналы, по сути, не является информационными, так как их параметры не зависят от времени. Эта информация передается как функция A(t). Рассмотренные сигналы не меняются по времени, следовательно, не передают информацию, но в каналах связи эти сигналы используются для передачи информации путем модулирования их параметров по закону передаваемой информации A(t). При этом информационные сигналы представляют собой модулированные колебания. Рассмотрим характеристики модулированных, аналоговых и импульсных сигналов. Параметрами сигнала является энергия и мощность. Если сигнал представляет собой электрический ток, то при прохождении этого тока через сопротивление R, выделяется мощность за время действия сигнала:

 – среднее значение тока за время действия сигнала.

Тогда 

При этом длительность сигнала определяется как интервал времени, в котором заключена определенная часть полной энергии сигнала.

Аналогично, полоса частот:

, где 

Или 

Полоса частот определяется как полоса, в которой заключена энергия сигнала. Аналитически определить период и полосу частот сложно, поэтому на практике период определяется как отрезок времени, в течение которого  . а полоса частот практически определяется как Π, где Fmax – частота первого нуля спектральной функции. Из преобразований Фурье следует, что период и полоса пропускания однозначно связаны между собой: при уменьшении периода, полоса пропускания увеличивается, поэтому произведение периода на полосу пропускания является постоянной величиной, которая называется база сигнала:

Информационные критерии параметров

Количество информации, доставляемое сообщением X (значение информации сигнала в определенный момент времени t1) о событии Y – это значение первичного информационного сигнала от датчика информации в тот же момент времени, определяется как , где  - апостериорная вероятность, а P(x) – априорная вероятность.

a(t)

y(t)-y(t1)=y, где y(t1) – значение события.

X приносит информацию о Y.

Тогда, максимальное количество информации, доставляемое X о Y определяется или соответствует: при =1 – максимальное значение,  основание «2» определяет выбор единицы количества информации. Количество информации аналогового сигнала равно 0, так как мгновенное значение функции определяется достоверно, то есть, нет вероятность. Рассмотрим количество информации для импульсных дискретных сигналов. Для таких сигналов определение количества информации основано на теореме Котельникова: если функция U(t) не содержит в спектре частот >Fm, то она может быть полностью определена последовательностью своих значений, отстоящих друг от друга на время T, где . При этом для сигналов, длительностью Tc, количество таких значений – выборов, определяется как:

Допущения: Π=Fmax-Fmin≈Fm, если Fmin=0 и 2B>>1.

При этом количество информационных сигналов:

Принято PпPc – минимальный уровень сигнала.

Физический смысл: количество информации, переносимое сигналом равно базе сигнала. Для аналогового сигнала база меньше 1 и информация, переносимая этим сигналом меньше 1 бита.



Лекция № 3

Информационная емкость:

Параметры, используемые для описания сигналов:

  1. Коэффициент широкополосности

  1. Коэффициент перекрытия по частоте

  1. Пик фактор

 

  1. Динамический диапазон

Характеристики аналоговых и импульсных сигналов.

Временные характеристики

Спектральные характеристики

1. Гармоническое несущее колебание


А0- амплитуда, Т0 = f0-1 – период

f0- частота

2. Несущая импульсная последовательность


τ – длительность импульса

T – период повторения



F1=T-1, F2=2F1; Fn=nF1

3. Аналоговые АМ РС


- индекс модуляции




F-частота модулирующего гармонического напряжения


4. Аналоговые РС с угловой модуляцией (ЧМ, ФМ)


- частота модулирующего гармонического напряжения, М, θ – индекс частотной или фазовой модуляции, Jn(M, θ) – функции Бесселя n-ого (n=0, 1, 2…)порядка от индекса модуляции


Таблица 1

Лекция № 4

В последние годы наиболее широкое распространение получили КИМ (кодово-импульсные) сигналы, только эти сигналы позволяют осуществить связь с бортовыми радиоэлектронными системами с необходимой точностью и надежностью. Спектр импульсно-модулированного сигнала определяется путем суммирования бесконечного большего числа сплошных спектров от каждого отдельного импульса моделированной последовательности. Результаты вычисления показывают, что для всех рассмотренных видов импульсных сигналов, спектр является дискретным как и для образующей импульсной последовательности. Однако, в окрестности каждой дискретной составляющей появляется полоса частот, образованных комбинациями компонент спектров немодулированной последовательности и модулируемого сигнала. Тонкая структура спектра внутри полосы, рассчитывается в каждом конкретном случае и используется для оптимального приема сигнала.

Рис. 15



Цифровые информационные сигналы.

Передаваемое сообщение кодируется N-разрядным двоичным словом, при этом сам сигнал представляет собой частный случай КИМ, в которой используется цифровой код бинарных символов двоичной системы информационной логике – булевой алгебры. Логическая «1» и логический «0». Таким образом сообщение передается при помощи отдельных символов, образующий алфавитный канал связи. Сообщение содержит N символов, каждому из которых соответствуют короткие импульсы , следующие друг за другом с частотой  и амплитудой, принимающей значение «0, А» - униполярный цифровой сигнал или «-А; А» - бинарный цифровой сигнал, в соответствии с изображаемыми символами. «1» соответствует импульсу с длительностью τ и амплитудой А. «0» - амплитуда «-А» или «0». Различают биполярный и униполярный цифровой сигнал. Форма импульса может быть произвольной.


Случайные файлы

Файл
30002.rtf
132525.rtf
125352.rtf
90262.rtf
180740.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.