3.3 Основные характеристики сигналов электросвязи

Для классификации применяемых в связи сигналов можно использовать различные признаки: по способу описания модели сигнала, по степени предсказуемости этого сигнала и т.д.

По способу описания математической модели сигналы разделяют на непрерывные и дискретные. Сигналы, заданные на непрерывном множестве точек по оси времени, называются непрерывными, а сигналы, заданные не на всей оси времени, а только в отдельных ее точках, называются дискретными (прерывистыми) по времени. Сигналы, определенные на непрерывном множестве точек по уровню, называются аналоговыми, а сигналы, которые по уровню могут принимать значения только в отдельных ее точках, называются квантованными по уровню.

Сигналы могут быть дискретными одновременно и по времени и по уровню. Каждое дискретное значение такого сигнала можно пронумеровать числами с конечным количеством разрядов. Сигналы, поведение которых можно описать последовательностью чисел, называют цифровыми.

На рисунке 3.4 приведены некоторые виды сигналов. Непрерывный по времени и по уровню сигнал s(t) изображен на рисунке 3.4,а. Отсчеты (также говорят выборочные значения, или просто выборки) этого сигнала s(nT) в моменты времени t = nT, где n - любое целое число, Т - период дискретизации; представляют собой дискретизированный сигнал и приведены на рисунке 3.4,б. Округленные значения этих отсчетов s_кв(nT) показаны на рисунке 3.4,в. Округление можно выполнять различными способами. За результат округления можно принимать величину, соответствующую либо началу, либо концу, либо середине того интервала, внутрь которого попадает значение сигнала. Но любой алгоритм квантования предполагает определение того интервала, в какой попадает значение квантуемого сигнала.

Для приведенного на этих рисунках сигнала видно, что отсчет с номером n = 0 попадает в интервал уровней сигнала с номером 0; отсчет с номером n = 1 попадает в интервал с номером 2. Последующие отсчеты сигнала с номерами 2, 3, 4, 5 попадают в интервалы уровней с номерами, соответственно, 3, 2, 1, 1.

Рис. 3.4 Виды сигналов: а) непрерывный аналоговый;
б) дискретный по времени непрерывный по уровню;
в) дискретный по времени квантованный по уровню;
г) цифровой сигнал

Номера этих интервалов кодируются, например, двоичным кодом. Тогда десятичные цифры 0, 1, 2, 3 в двоичном виде будут представлены набором цифр, соответственно, 00, 01, 10, 11. Если двоичную цифру 1 представить наличием импульса на определенном временном интервале, а двоичную цифру 0 - отсутствием импульса, то последовательность импульсов, несущая информацию об округленном значении отсчетов, и будет являться цифровым сигналом s_ц(nT).

По степени предсказуемости сигналы различаются на детерминированные и случайные. Детерминированным называется сигнал, который полностью предсказуем, то есть все параметры которого заранее и достоверно известны. Случайным называется сигнал, у которого хотя бы один из параметров заранее не может быть в точности предсказан. С информационной точки зрения детерминированный сигнал соответствует заранее известному сообщению и поэтому не несет новой информации. Переносчиком сообщения, содержащего информацию, может быть только случайный сигнал. В то же время детерминированные сигналы в системах связи играют не менее заметную роль: они отображают эталонные сигналы, несущие колебания, фрагменты сигналов, формируемых на передающем конце, и т.д. Да и при анализе функционирования приемного оборудования систем связи нередко полагают, что принимается сигнал известной формы, но с неизвестными параметрами.

В качестве основных параметров сигнала в системах связи используют длительность сигнала, его динамический диапазон и ширину спектра. Под длительностью сигнала Тc< понимают интервал времени, в пределах которого сигнал существует. Динамический диапазон сигнала DC определяется отношением наибольшей мгновенной мощности сигнала к наименьшей мощности принимаемого сигнала при заданном качестве передачи (обычно выражается в децибелах). Ширина спектра сигнала FC определяет диапазон частот, в котором сосредоточена основная доля энергии сигнала, которая дает представление о скорости изменения сигнала внутри интервала его существования. Сигналы конечной длительности содержат спектральные составляющие на неограниченной полосе частот. Однако для любого сигнала можно указать диапазон частот, в пределах которого сосредоточена его основная энергия. Этим диапазоном и определяется ширина спектра сигнала. Используются и интегральные характеристики: база сигнала Bc = TcFc и объем сигнала Vc = TcFcDc.

Объем сигнала VC дает общее представление о возможностях данного множества сигналов как переносчиков сообщений. Чем больше объем сигнала, тем больше информации можно «вложить» в этот объем и тем труднее передать такой сигнал по каналу связи.