Typy signálů. Metody modulace a tvorby skupinových signálů analogových a digitálních sss

Signál je definován jako napětí nebo proud, který může být přenášen jako zpráva nebo jako informace. Svou povahou jsou všechny signály analogové, ať už stejnosměrné nebo střídavé, digitální nebo pulzní. Je však obvyklé rozlišovat mezi analogovými a digitálními signály.

Digitální signál je signál, který byl určitým způsobem zpracován a převeden na čísla. Obvykle jsou tyto digitální signály spojeny se skutečnými analogovými signály, ale někdy mezi nimi není žádné spojení. Příkladem je přenos dat v místním prostředí počítačové sítě(LAN) nebo jiné vysokorychlostní sítě.

V případě digitálního zpracování signálu (DSP) je analogový signál převeden do binární formy zařízením nazývaným analogově-digitální převodník (ADC). Výstup ADC je binární reprezentace analogového signálu, který je poté zpracován aritmetickým digitálním signálovým procesorem (DSP). Po zpracování lze informace obsažené v signálu převést zpět na analogová forma pomocí digitálně-analogového převodníku (DAC).

Dalším klíčovým pojmem při definování signálu je skutečnost, že signál vždy nese nějakou informaci. Tím se dostáváme ke klíčovému problému zpracování fyzických analogových signálů – problému extrakce informací.

Účely zpracování signálů.

Hlavním účelem zpracování signálů je potřeba získat informace v nich obsažené. Tato informace je obvykle přítomna v amplitudě signálu (absolutní nebo relativní), ve frekvenčním nebo spektrálním obsahu, ve fázi nebo v relativních časových závislostech několika signálů.

Jakmile byla požadovaná informace extrahována ze signálu, může být použita různými způsoby. V některých případech je žádoucí přeformátovat informace obsažené v signálu.

Při vysílání dochází zejména ke změně formátu signálu zvukový signál v telefonním systému s vícenásobným přístupem s frekvenčním dělením (FDMA). V tomto případě se pro přizpůsobení vícenásobným používají analogové metody hlasové kanály ve frekvenčním spektru pro přenos prostřednictvím mikrovlnné radioreléové stanice, koaxiálního kabelu nebo kabelu z optických vláken.

V případě digitální komunikace jsou analogové audio informace nejprve převedeny na digitální pomocí ADC. Digitální informace představující jednotlivé audio kanály jsou časově multiplexovány (time division multiple access, TDMA) a přenášeny přes sériový digitální linka komunikace (jako v systému PCM).

Dalším důvodem pro zpracování signálu je komprimace šířky pásma signálu (bez výrazné ztráty informace), následovaná formátováním a přenosem informací sníženou rychlostí, což může zúžit požadovanou šířku pásma kanálu. Vysokorychlostní modemy a systémy adaptivní pulzní kódové modulace (ADPCM) široce využívají algoritmy de-redundance (komprese) dat, jako např. digitální systémy mobilní komunikace, systémy záznamu zvuku MPEG, televize s vysokým rozlišením (HDTV).

Průmyslové systémy sběru dat a řízení využívají informace získané ze senzorů ke generování vhodných zpětnovazebních signálů, které následně přímo řídí proces. Všimněte si, že tyto systémy vyžadují jak ADC, tak DAC, stejně jako senzory, kondicionéry signálu a DSP (nebo mikrokontroléry).

V některých případech je v signálu obsahujícím informace šum a hlavním cílem je obnovit signál. Techniky jako filtrování, autokorelace, konvoluce atd. se často používají k dosažení tohoto úkolu v analogové i digitální doméně.

Úprava signálu

Ve většině výše uvedených situací (spojených s použitím technologií DSP) je zapotřebí ADC i DAC. V některých případech je však vyžadován pouze DAC, když lze analogové signály přímo generovat na základě DSP a DAC. dobrý příklad jsou displeje se skenováním videa, ve kterých digitálně generovaný signál řídí obraz videa nebo blok RAMDAC (Digital to Analogue Pixel Array Converter).

Dalším příkladem je uměle syntetizovaná hudba a řeč. Ve skutečnosti se při generování fyzických analogových signálů pomocí pouze digitálních metod spoléhají na informace dříve získané ze zdrojů podobných fyzických analogových signálů. V zobrazovacích systémech musí data na displeji poskytovat obsluze relevantní informace. Při vývoji zvukových systémů, statistické vlastnosti generované zvuky, které byly předem určeny pomocí rozsáhlého využití metod DSP (zdroj zvuku, mikrofon, předzesilovač, ADC atd.).

Metody a technologie zpracování signálů

Signály mohou být zpracovány pomocí analogových technik (analogové zpracování signálu nebo ASP), digitálních technik (digitální zpracování signálu nebo DSP) nebo kombinací analogových a digitálních technik (kombinované zpracování signálu nebo MSP). V některých případech je volba metod jasná, jinde jasno ve výběru není a konečné rozhodnutí je založeno na určitých úvahách.

Pokud jde o DSP, jeho hlavní rozdíl od tradiční počítačové analýzy dat je vysoká rychlost a účinnost komplexních funkcí digitálního zpracování, jako je filtrování, analýza dat v reálném čase a komprese.

Termín "kombinované zpracování signálu" znamená, že systém provádí jak analogové, tak i digitální zpracování. Takový systém může být implementován jako deska s plošnými spoji, hybrid integrovaný obvod(IC) nebo samostatný krystal s integrovanými prvky. ADC a DAC jsou považovány za kombinovaná zařízení pro zpracování signálu, protože v každém z nich jsou implementovány analogové i digitální funkce.

Nedávné pokroky v technologii čipů s velmi vysokou integrací (VLSI) umožňují komplexní (digitální a analogové) zpracování na jediném čipu. Ze samotné podstaty DSP vyplývá, že tyto funkce lze provádět v reálném čase.

Porovnání analogového a digitálního zpracování signálu

Dnešní inženýr stojí před volbou správné kombinace analogových a digitálních metod pro řešení problému zpracování signálu. Není možné zpracovávat fyzické analogové signály pouze digitálními metodami, protože všechny senzory (mikrofony, termočlánky, piezoelektrické krystaly, paměťové hlavy na magnetické disky atd.) jsou analogová zařízení.

Některé typy signálů vyžadují přítomnost normalizačních obvodů pro další zpracování signálů v analogových i digitálních metodách. Obvody pro úpravu signálu jsou analogové procesory, které provádějí funkce, jako je zesílení, akumulace (v přístrojích a předzesilovačích (vyrovnávacích) zesilovačích), detekce signálu proti šumu na pozadí (pomocí vysoce přesných společných zesilovačů, ekvalizérů a lineárních přijímačů), dynamické komprese rozsahu (logaritmickými zesilovači, logaritmickými DAC a PGA) a filtrace (pasivní nebo aktivní).

Několik metod implementace procesu zpracování signálu je znázorněno na obrázku 1. Horní oblast obrázku znázorňuje čistě analogový přístup. Zbývající oblasti ukazují implementaci DSP. Všimněte si, že jakmile je zvolena technologie DSP, dalším rozhodnutím musí být umístění ADC v cestě zpracování signálu.

ANALOGOVÉ A DIGITÁLNÍ ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLU

Obrázek 1. Metody zpracování signálu

Obecně, protože ADC byl přesunut blíže k senzoru, většinu zpracování analogového signálu nyní provádí ADC. Zvýšení schopností ADC lze vyjádřit zvýšením vzorkovací frekvence, rozšířením dynamického rozsahu, zvýšením rozlišení, snížením vstupního šumu, použitím vstupní filtrace a programovatelných zesilovačů (PGA), přítomností napěťových referencí na čipu atd. . Všechny zmíněné doplňky zvyšují funkční úroveň a zjednodušují systém.

Díky moderním výrobním technologiím DAC a ADC při vysokých vzorkovacích frekvencích a rozlišeních bylo dosaženo významného pokroku v integraci více a více obvodů přímo do ADC/DAC.

V oblasti měření existují například 24bitové ADC s vestavěnými programovatelnými zesilovači (PGA), které umožňují digitalizovat signály můstku 10 mV v plném rozsahu přímo, bez následné normalizace (například řada AD773x).

na hlas a zvukové frekvence Běžná jsou komplexní kódovací a dekódovací zařízení - kodeky (Analog Front End, AFE), které mají v čipu zabudovaný analogový obvod splňující minimální požadavky na externí normalizační komponenty (AD1819B a AD73322).

Existují také video kodeky (AFE) pro aplikace, jako je zpracování obrazu CCD (CCD) a další (například řady AD9814, AD9816 a AD984X).

Příklad implementace

Jako příklad použití DSP porovnejme analogové a digitální filtr s nízkou frekvencí (LPF), každý s mezní frekvencí 1 kHz.

Digitální filtr je implementován jako typický digitální systém znázorněný na obrázku 2. Všimněte si, že diagram obsahuje několik implicitních předpokladů. Za prvé, pro přesné zpracování signálu se předpokládá, že cesta ADC/DAC má dostatečnou vzorkovací frekvenci, rozlišení a dynamický rozsah. Za druhé, aby bylo možné dokončit všechny své výpočty v intervalu vzorkování (1/f s), musí být zařízení DSP dostatečně rychlé. Za třetí, na vstupu ADC a výstupu DAC stále existuje potřeba analogových filtrů pro omezení a obnovu spektra signálu (anti-aliasingový filtr a anti-imagingový filtr), ačkoli požadavky na jejich výkon jsou nízké. . S ohledem na tyto předpoklady lze digitální a analogové filtry porovnat.

Požadovaná mezní frekvence pro oba filtry je 1 kHz. analogový převod je realizován prvního druhu šestého řádu (je charakterizován přítomností zvlnění zesílení v propustném pásmu a nepřítomností zvlnění mimo propustné pásmo). Jeho charakteristiky jsou znázorněny na obrázku 2. V praxi může být tento filtr reprezentován třemi filtry druhého řádu, z nichž každý je postaven na operačním zesilovači a několika kondenzátorech. Používáním moderní systémy Filtry CAD (Computer-Aided Design) Vytvoření filtru šestého řádu je dostatečně snadné, ale ke splnění specifikace plochosti 0,5 dB vyžaduje přesný výběr komponent.

Digitální FIR filtr s koeficientem 129 zobrazený na obrázku 2 má zvlnění pouze 0,002 dB v propustném pásmu, lineární fázovou odezvu a mnohem strmější rolloff. V praxi tyto charakteristiky nelze realizovat pomocí analogových metod. Další zřejmou výhodou obvodu je, že digitální filtr nevyžaduje výběr součástek a nepodléhá driftu parametrů, protože taktovací frekvence filtru je stabilizována křemenným rezonátorem. Filtr se 129 koeficienty vyžaduje pro výpočet výstupního vzorku 129 operací multiply-accumulate (MAC). Tyto výpočty musí být dokončeny v intervalu vzorkování 1/fs, aby byl zajištěn provoz v reálném čase. V tomto příkladu je vzorkovací frekvence 10 kHz, takže 100 µs je dostačujících pro zpracování, pokud nejsou vyžadovány žádné významné dodatečné výpočty. Řada DSP ADSP-21xx může dokončit celý proces násobení-akumulace (a další funkce potřebné k implementaci filtru) v jediném instrukčním cyklu. Proto filtr se 129 koeficienty vyžaduje rychlost vyšší než 129/100 µs = 1,3 milionu operací za sekundu (MIPS). Stávající DSP jsou mnohem rychlejší, a proto nejsou pro tyto aplikace omezujícím faktorem. 16bitová řada ADSP-218x s pevným bodem dosahuje výkonu až 75 MIPS. Výpis 1 ukazuje kód assembleru, který implementuje filtr na procesorech DSP řady ADSP-21xx. Všimněte si, že skutečné řádky spustitelného kódu jsou označeny šipkami; zbytek jsou komentáře.

Obrázek 3. Analogové a digitální filtry

V praxi samozřejmě existuje mnoho dalších faktorů, které se berou v úvahu při srovnávání analogových a digitálních filtrů nebo obecně metod zpracování analogového a digitálního signálu. Moderní systémy zpracování signálu kombinují analogové a digitální metody k dosažení požadované funkce a využití výhod osvědčené postupy analogové i digitální.

MONTÁŽNÍ PROGRAM:
JEDLOVÝ FILTR PRO ADSP-21XX (JEDINÁ PŘESNOST)

MODUL fir_sub; ( Filtr FIR podprogram Parametry volání podprogramu I0 --> Nejstarší data ve zpožďovací lince I4 --> Začátek tabulky koeficientů filtru L0 = Délka filtru (N) L4 = Délka filtru (N) M1,M5 = 1 CNTR = Délka filtru - 1 (N-1) Návratové hodnoty ​​MR1 ​​= Výsledek součtu (zaokrouhlený a omezený) I0 --> Nejstarší data ve zpožďovací lince I4 --> Začátek tabulky koeficientů filtru Změna registrů MX0,MY0,MR Doba chodu (N - 1) + 6 cyklů = N + 5 cyklů Všechny koeficienty jsou ve formátu 1,15 ) .ENTRY fir; jedle: MR=0, MX0=DM(I0,Ml), MY0=PM(I4,M5) CNTR=N-l; DO konvoluce DO CE; konvoluce: MR=MR+MX0*MY0(SS), MX0=DM(I0,M1), MY0=PM(I4,M5); MR=MR+MX0*MYO(RND); IF MV SAT MR; RTS; .ENDMOD; ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLU V REÁLNÉM ČASE

• Zpracování digitálních signálů;
  • Šířka spektra zpracovávaného signálu je omezena vzorkovací frekvencí ADC / DAC
    • Pamatujte na Nyquistovo kritérium a Kotelnikovovu větu
  • omezena bitovou hloubkou ADC/DAC
  • Výkon DSP procesor omezuje množství zpracování signálu, protože:
    • Pro provoz v reálném čase musí být všechny výpočty prováděné signálovým procesorem dokončeny v intervalu vzorkování rovném 1/f s
• Nezapomeňte na zpracování analogového signálu
  • RF / RF filtrování, modulace, demodulace
  • analogové omezovací filtry a filtry pro obnovu spektra (obvykle dolnopropustné filtry) pro ADC a DAC
  • kde to vyžaduje zdravý rozum a náklady na realizaci

Literatura:

Spolu s článkem "Typy signálů" čte:

V telekomunikačních sítích našly široké uplatnění vícekanálové systémy s frekvenčním a časovým rozdělením kanálů.

5.2.1. Principy tvorby skupinových signálů ve vícekanálových systémech s frekvenčním dělením kanálů

Ve všech vícekanálových systémech s frekvenčně dělenými kanály (ISS s FDM) se používají signály AM s výběrem jednoho postranního pásma (AM-SSB). Metody pro konstrukci MCS s FDM se liší ve způsobu vytváření skupinového signálu a ve vlastnostech jeho přenosu lineární cestou. Podle první funkce existují možnosti:

– s individuální konverzí signálu;

– se skupinovou konverzí signálů.

Podle způsobu zesílení skupinového (lineárního) signálu v mezilehlých bodech (druhý znak) se rozlišují možnosti se zesílením každého jednotlivého signálu popř. linkový signál obvykle.

S individuální konverzí signálu skupinové (lineární) frekvenční spektrum je tvořeno samostatnou nezávislou transformací každého z nich N signály. Na Obr. Obrázek 5.3 ukazuje blokové schéma vysvětlující tuto metodu. Každý kanál obsahuje kanálový pásmový filtr (BPF i), kanálový modulátor (M i) a demodulátor (DM i), a na mezistanicích (PS) - individuální zesilovací zařízení (Us i).

Ctnosti této metody jsou:

– jednoduché řešení problému izolace (větvení) jakéhokoli signálu v libovolném mezilehlém bodě;

– nejsou kladeny vysoké požadavky na indikátory kvality na jednotlivé zesilovací zařízení: každý zesilovač je relativně úzkopásmový a může pracovat s velkými nelineárními zkresleními, protože jsou na výstupu potlačeny pásmovou propustí;

– minimální konverze signálu na koncových bodech;

- vysoká spolehlivost komunikace, protože porucha jednoho ze zesilovačů mezilehlého bodu neovlivňuje činnost ostatních.

Rýže. 5.3. Strukturní schéma ISS s FDC s jednotliv

konverze signálu

– objemná a vysoká energetická náročnost zařízení mezistanic z důvodu přítomnosti kanálové zesilovače;

- přítomnost velkého počtu volebních zařízení (PFC) a v důsledku toho zvýšení objemu a nákladů na zařízení;

– špatné využití šířky pásma lineární cesty, protože kvůli nedostatečné selektivitě CTF je nutné zvětšit frekvenční rozestup mezi signály sousedních kanálů, což zhoršuje „hustotu sbalení“ lineárního signálu; nakonec se zvyšuje horní frekvence lineárního signálu a přípustná délka úseku vedení mezi sousedními zesilovacími body se zmenší.

Jádrem metody s převodem skupinového signálu spočívá v principu vytváření lineárního signálu v koncovém bodě přenosu (OP td) systému pomocí několika stupňů konverze. V každé fázi je kombinováno několik kanálových signálů, tzn. lineární signál je součtem několika signálů meziskupiny. V koncovém bodě příjmu (OP pr) se provádějí zpětné operace.

výhoda Tato metoda má zjednodušit mezilehlé body a v důsledku toho snížit jejich cenu a rozměry.

Nevýhody metody skupinové amplifikace zahrnují:

– vysoké požadavky na kvalitu lineárního zesilovače mezistanice: musí mít dobře definovanou frekvenční odezvu zesílení ve frekvenčním pásmu lineárního spektra a velmi nízké nelineární zkreslení;

– potíže s izolací kanálových signálů.

Není možné umístit kanály těsně do lineárního frekvenčního spektra, protože se zvýšením nosné frekvence se zhoršují selektivní vlastnosti pásmových propustí (šířka pásma rezonančního obvodu je rovna ∆ F= F 0 /Qk). Proto s rostoucí frekvencí F je nutné zvýšit ochranný interval ∆ F zi mezi sousedními kanály. V moderních MCS s FDM je každému kanálu přiděleno frekvenční pásmo 4 kHz, ačkoli šířka pásma FDM je 3,1 kHz. V tomto případě = 0,9 kHz. Proto FDM MCS efektivně využívá přibližně 80 % šířky pásma přenosové cesty. Skupinová cesta musí být navíc vysoce lineární.

To je jeden z hlavních důvodů přechodu na metodu transformace skupiny. V tomto případě se konverze jednotlivého signálu provádí v několika krocích. V každé fázi se kombinuje několik převedených signálů generovaných v předchozích fázích. Princip této metody je znázorněn na Obr. 5.4. V první fázi se provede individuální převod do spektra skupinového pomocného signálu, nazývaného primární; ve druhé fázi je sekundární signál získán kombinací několika převedených signálů primární skupiny atd. Poslední krok se nazývá krok transformace systému. Na přijímací straně se provádějí opačné operace.

Na Obr. 5,5, A, b transformační data jsou uvedena ve spektrální oblasti, Obr. 5,5, A vysvětluje generování skupinového signálu primární standardní skupiny (PSG) pomocí jednotlivých nosných frekvencí F h1 – f h12 a Obr. 5.4 – Sekundární standardní skupina (SSG) prostřednictvím multicastových operátorů F h1 – f h5.

Rýže. 5.4. Princip metody převodu skupinového signálu

Rýže. 5.5. Tvorba spekter skupinových signálů

hlavní ( A) a sekundární standardní skupina ( b)

Výhody metoda:

– vysoká „hustota balení“ spektra lineárního signálu a v důsledku toho snížení šířky pásma lineárního signálu při stejném počtu kanálů;

– zjednodušení mezistanic, zvětšení vzdálenosti mezi nimi průjezdní body a snížení nákladů na systém jako celek;

- snížení počtu různé typy transformace a filtry, vedoucí k levnějšímu vybavení, zvýšení jeho serializace a sjednocení;

– snížení počtu různých nosných frekvencí používaných při skupinové konverzi a zjednodušení generátorového zařízení;

– zjednoduší se problém výběru skupin kanálů a párování odlišné typy vybavení ISS.

Nevýhody metody:

- velký počet transformací v každém signálu, v důsledku toho se zvyšuje zkreslení signálu, a proto se požadavky na zařízení stávají přísnějšími;

– možné zvýšení velikosti a nákladů na terminály.

Hlavní parametry standardních skupin kanálů MCS s FDM jsou uvedeny v tabulce 5.1.

Tabulka 5.1

Základní parametry standardních skupin kanálů

5.2.2. Principy generování vícekanálových signálů v MCS s časovým rozdělením kanálů

Při časovém dělení kanálů (TDM) je střídavě zajištěna skupinová cesta pomocí synchronních spínačů vysílače a přijímače pro přenos signálů každého kanálu ISS. Strukturní schéma ISS s VRC je znázorněno na Obr. 5.6, kde jsou zavedena tato označení: IP i, PS i – i- zdroj a přijímač zpráv, IM - pulzní modulátor, GTI - generátor hodinových pulzů, LS - komunikační linka, ID i - pulzní detektor i-tý kanál. Sekvence modulovaných pulzů, které se v čase nepřekrývají, se používají jako kanálové signály v systémech s TDM. Sada kanálových signálů tvoří skupinový signál.

Digitální přenosové systémy (DTS) s TDM používané v telekomunikačních sítích jsou budovány na základě určité hierarchie, která musí splňovat tyto základní požadavky:

– přenos prostřednictvím kanálů a cest DSP všech typů analogových, diskrétních a digitálních signálů;

– odpovídající množství zpracování signálu a přenosových rychlostí v různých fázích přenosu;

- možnost dostatečné jednoduché spojení, oddělení, alokace a tranzit přenášených digitálních toků;

– Parametry DSP by měly být vybrány s ohledem na charakteristiky stávajících a budoucích naváděcích systémů;

– možnost DSP interakce s analogovými přenosovými systémy a různé systémy přepínání;

– při signalizaci obecných zpráv by měla být šířka pásma DSP využita co nejlépe.

Vytvoření hierarchie DSP se provádí na základě kombinování digitálních toků nízkého řádu, nazývaných dílčí toky, do jediného digitálního toku, nazývaného skupinový tok. Vytvoření skupinového digitálního signálu je možné následujícími způsoby kombinování digitálních toků:

- znak po znaku (obr. 5.7, A);

- na kanál (obr. 5.7, b).

V obou případech se kombinují 4 proudy.

Rýže. 5.7. Struktura rámce digitálního přenosového systému se symbolem po symbolu ( A) a na kanál ( b) kombinací digitálních streamů

Při kombinování znak po symbolu jsou impulsy digitálních signálů kombinovaných digitálních toků zkráceny a distribuovány v čase, takže kombinované pulsy jiných toků mohou být pojaty v uvolněných intervalech. Při kombinování digitálních toků kanál po kanálu jsou intervaly přidělené skupinám kódů zúženy a distribuovány v čase. Hodinový signál je nezbytný pro správnou distribuci digitálních toků na přijímací straně.

Je možné kombinovat digitální toky v cyklech, což je podobné kombinování kanál po kanálu: zpracovává se (komprimuje) v čase a přenáší se celý cyklus jednoho digitálního toku a poté dalšího.

Nejjednodušší a nejpoužívanější metodou je metoda zřetězení znaků po znaku.

S TDM je možný přeslech mezi kanály, což je způsobeno hlavně dvěma důvody:

– nedokonalost frekvenční a fázové odezvy přenosové cesty;

– neideální synchronizace přepínačů na vysílací a přijímací straně.

Pro snížení úrovně vzájemného rušení v TD je také nutné zavést ochranné časové intervaly, což vede ke zkrácení doby trvání pulsu každého kanálu a v důsledku toho k rozšíření spektra signálu. V souladu s Kotelnikovovou větou pro CFC by měla být minimální vzorkovací frekvence F d = 2F PROTI = 6,8 kHz. Nicméně ve skutečné ISS s VRC F q = 8 kHz.

Skutečné MCS s TDM jsou horší než MCS s FDM z hlediska účinnosti využití frekvenčního spektra. Systémy s VRC však mají řadu výhod:

– neexistují žádné přeslechy nelineárního původu;

– faktor dolního výkyvu;

- vybavení VRK je mnohem jednodušší než vybavení ChRK.

TDM nachází nejširší uplatnění v digitálních přenosových systémech s PCM.

5.3. Fázové, nelineární, kombinační a další metody separace kanálů

5.3.1. Kanály pro oddělení fází

Harmonické oscilace (nosné) se stejnými frekvencemi a počátečními fázemi lišícími se od sebe o π/2 se používají jako nosné v přenosových systémech s fázovým dělením kanálů (PRF):

Kanálové signály v systému jsou tvořeny amplitudovou modulací kmitání nosné. Spektrum každého kanálového signálu obsahuje dvě postranní pásma vzhledem k nosné frekvenci ωn. S PRK se spektra kanálových signálů vzájemně překrývají. Oddělení signálů na příjmu je však možné díky vzájemné ortogonalitě nosných a . Separace kanálových signálů a extrakce informačních signálů se provádějí současně při separaci ortogonálních signálů. V tomto případě je skupinový signál vynásoben nosnou tohoto kanálu a integrován pomocí dolní propusti . Při příjmu je v každém kanálu použit demodulátor jako násobič. , na který je aplikován nosný průběh, který je koherentní s odpovídajícím přenosovým průběhem. Potřeba koherentního příjmu komplikuje zařízení pro separaci fází, protože požadavky na zařízení generátoru jsou stále přísnější.

5.3.2. Separace signálů přenášených na více nosných frekvencích

V diskrétních systémech přenosu informace nacházejí praktické uplatnění MCS, ve kterých jsou ortogonální nosiče vyjádřeny členy trigonometrické řady: Ψ k = k cosω n t, . Blokové schéma takového systému odpovídá schématu separace ortogonálních signálů. Systém využívá amplitudovou modulaci.

Nuly spektra jednoho pulzu vysílaného binárního signálu jsou násobky frekvence F 0 = 1/τu, kde τu je doba trvání pulsu. Pokud vyrovnáme frekvence F 0 a F n = ω n /2π, pak bude zvolený systém nosičů ortogonální v intervalu trvání τ a. Protože k-čt signál kanálu je Spojené království(t) =c k(t)cos( kω n t), pak jeho spektrum obsahuje dvě postranní pásma vzhledem k nosné F k = kf n. Na F n = F 0 = 1/ τ a nosné frekvence ( k +1), (k+ 2)-tý atd. kanály, stejně jako nosné předchozí ( k – 1), (k– 2)-tý atd. kanály se shodují s nulami spektra k-tý kanál. Spektra všech kanálových signálů se sice překrývají, nicméně rozdíly ve tvaru nosných umožňují oddělit tyto signály při příjmu metodou ortogonální separace signálů.

Způsob přenosu na více nosných lze kombinovat s metodou fázové separace signálů: na každé nosné kω n je možné přenášet dva signály s nosnými cos kω n t a hřích kω n t. V tomto případě lze při stejné šířce spektra skupinového signálu zdvojnásobit počet kanálů.

Jsou známy vícekanálové systémy pro přenos diskrétních informací, ve kterých se jako nosiče používají další systémy ortogonálních funkcí: Legendreovy polynomy, Laguerrovy polynomy atd. Všechny tyto systémy se vyznačují následujícím:

1) tvorba a separace kanálových signálů se provádí pomocí jednoduchých integrátorů, spíše než složitých kanálových pásmových filtrů;

2) systémy mají vysokou odolnost proti rušení;

3) přechody mezi kanály jsou ovlivněny lineárními a nelineární zkreslení ve skupinové cestě;

4) požadavky na výrobní zařízení jsou stále přísnější kvůli potřebě koherentního příjmu.

5.3.3. Nelineární separace signálu

Při budování některých systémů přenosu binárních signálů se používají následující metody nelineární separace signálů:

- kombinace;

– oddělení signálů podle úrovně;

– kódové dělení signálů.

Kombinovaná metoda separace signálu. Při převodu N nezávislé samostatné zprávy po společné skupinové cestě, pokud je prvek i-th zpráva může přijmout jednu z m i možné hodnoty ( i = 1, 2, ..., N), celkový počet hodnot, které může prvek nabývat N-kanálový zdroj, který kombinuje originál N zdroje se budou rovnat . Na stejné hodnoty m i = m my máme M = mN. Takže pomocí základny kódu M = m N, můžete současně přenášet informace z N jednotlivé zdroje pracující s kódovou bází T. Zejména když T= 2 (binární kódy), počet kanálů N= 2, skupinová zpráva b G může nabývat čtyř možných hodnot odpovídajících různým kombinacím nul a jedniček v obou kanálech, s N= 3 počet různých kombinací bude roven M= 8 atd. Úkol se nyní scvrkává na předání některých čísel b G, určení kombinačního čísla. Tato čísla mohou být přenášena prostřednictvím diskrétních modulačních signálů jakéhokoli druhu. Oddělení signálů na základě rozdílu v kombinacích signálů z různých kanálů se nazývá kombinační. . Blokové schéma MCS s kombinačním (kódovým) oddělením je znázorněno na Obr. 5.8. Zde jsou původní příspěvky b 1 (t),b 2 (t),..., bN(t) z N zdroje jsou přiváděny na vstup kodéru, který funguje jako slučovač kanálů (CCU). Přijata skupinová zpráva b G ( t) se pomocí modulátoru M převede na skupinový signál u G ( t) zadáním skupinové cesty (komunikační linky). Na přijímací straně se po demodulaci a dekódování v přijímači (R) v rozdělovači kanálů (URD) ​​vytvoří kanálové zprávy odpovídající N primární zprávy.

Typickými příklady kombinačního multiplexování jsou systémy dvojfrekvenční telegrafie (DFT) a dvoufázové telegrafie (DFT), ve kterých se čtyři různé frekvence používají k přenosu čtyř kombinací signálů ze dvou zdrojů (kanálů). f k, k= 1, 2, 3, 4 a čtyři frekvence s různými počátečními fázemi (tab. 5.2).

Rýže. 5.8. Strukturní diagram vícekanálového systému

s kombinovaným těsněním

Tabulka 5.2

2-kanálové parametry signálu

Kombinační systém je výhodný pro malý počet kanálů, protože zvýšení počtu kanálů (systémová multiplicita) dramaticky zvyšuje požadovaný počet přenášených signálů, což vede ke složitosti systému. V současné době se používají dvounásobné systémy s FM a AM, trojnásobné systémy s FM a vícenásobné kombinované systémy typu AFM (amplitudově fázová modulace).

Oddělení signálů podle úrovně. V systému oddělování signálů podle úrovně signály stejného tvaru mohou být přenášeny současně a skupinový signál je součtem kanálových signálů. Separace signálů na příjmu se provádí pomocí nelineárních prahových zařízení. V nejjednodušším případě při oddělení dvou signálů u 1 (t) A u 2 (t) s amplitudami A 1 A A 2 prahové zařízení vybírá signál s větší amplitudou omezením shora a zdola (obr. 5.9, A). Systém přijímací zařízení znázorněno na Obr. 5,9, b.

Rýže. 5.9. Strukturní schéma přijímače ISS

s nelineárním oddělením signálu ( b) a signální diagramy ( A)

Signál odpovídající signálu prochází na výstup prahového zařízení. u 1 (t), ale se sníženou amplitudou rovnou (A 1 – A 2). Tento signál je zesílen na nominální hodnotu amplitudy ( A 1) a vstoupí na výstup prvního kanálu. Signál u 2 (t) na výstupu druhého kanálu se extrahuje odečítáním u 1 (t) z celkového signálu.

Kódové dělení signálů. Principy kódového dělení kanálů jsou založeny na použití širokopásmových signálů (WBS), jejichž šířka pásma je mnohem větší než šířka pásma požadovaná pro konvenční přenos zpráv, například v úzkopásmových FDM systémech. Hlavní charakteristikou NLS je signálová základna, definovaná jako produkt V = ∆FTšířka jeho spektra ∆ F po dobu jeho trvání T. V digitálních komunikačních systémech, které přenášejí informace ve formě binárních symbolů, doba trvání NPN T a rychlost zpráv proti související poměrem T= 1/proti. Proto signální základna V = ∆F v charakterizuje rozšíření spektra NLS ( S shps) vzhledem ke spektru zpráv.

Rozšíření frekvenčního spektra přenášených digitálních zpráv lze provést dvěma způsoby nebo jejich kombinací:

– přímé šíření frekvenčního spektra;

– přeskakování nosné frekvence.

V první metodě je úzkopásmový signál násoben pseudonáhodnou sekvencí (PRS) s periodou opakování T, počítaje v to N trvání bitové sekvence t 0 každý. V tomto případě je základ NPS číselně rovna počtu prvků PSS: V = T/t 0 = N.

Přeskakování nosné frekvence se zpravidla provádí rychlým laděním výstupní frekvence syntezátoru v souladu se zákonem tvorby pseudonáhodné sekvence.

Příjem NLS je realizován optimálním přijímačem, který pro signál se zcela známými parametry vypočítá korelační integrál

Kde X(t) je vstupní signál, který je součtem užitečného signálu u(t) a rušení n(t) (v tomto případě bílý šum).

Potom hodnota z ve srovnání s prahem Z 0 Hodnota korelačního integrálu se zjistí pomocí korelátoru nebo přizpůsobeného filtru. Korelátor "komprimuje" spektrum širokopásmového vstupního signálu jeho vynásobením referenční kopií u(t) následuje filtrace v pásmu 1/ T, což vede ke zlepšení SNR na výstupu korelátoru v Včasy vzhledem ke vchodu. Když dojde ke zpoždění mezi přijatým a referenčním signálem, amplituda výstupního signálu korelátoru se sníží a přiblíží se nule, když se zpoždění rovná trvání PRS prvku. t 0 Tato změna amplitudy výstupního signálu korelátoru je určena formou autokorelační funkce (když se vstupní a referenční PSP shodují) a funkce vzájemné korelace (když se vstupní a referenční PSP liší). Volbou určitého souboru signálů s „dobrými“ vzájemnými a autokorelačními vlastnostmi je možné zajistit separaci signálů v procesu korelačního zpracování (konvoluce NPS). To je založeno na principu kódového oddělení komunikačních kanálů.

5.3.4. Statistické zhutňovací metody

Metody statistického multiplexování využívají statistické vlastnosti kanálových signálů v systémech FDM nebo TDM. Ve vícekanálových telefonních systémech vám tato metoda umožňuje organizovat další spojení na stávajících kanálech v pauzách řečových signálů. Probíhá telefonní rozhovor každý směr je obsazený v průměru 25 % délky hovoru. Počet kanálů obsazených nepřetržitým přenosem hlasu, takzvané aktivní kanály, ve vícekanálovém telefonním systému je vždy menší než celkový počet kanálů. N a s velkým počtem kanálů N Poměr > 4000 n/N se rovná 0,25 - 0,35. Přítomnost dočasně volných kanálů umožňuje budovat multiplexní systémy, ve kterých je počet přenosů m překračuje nominální počet kanálů N.B v takových systémech je kanál poskytován předplatiteli pouze během nepřetržitého hlasového přenosu, tj. během aktivního stavu kanálu. Během pauz v řeči je kanál od tohoto účastníka odpojen a připojen k jinému mluvčí. Když první účastník začne znovu mluvit, připojí se k libovolnému bezplatný kanál v systému.

Dalším typem systémů statistického multiplexování jsou systémy, ve kterých se pro přenos dat používají pauzy v přenosu hlasu po telefonních kanálech.

5.4. Systémy přenosu a distribuce informací

Za účelem organizace výměny informací mezi mnoha zdroji a příjemci informací jsou kanály a přenosové systémy spojeny do komunikačních sítí - systémů přenosu a distribuce informací (ISDP).

Jsou známy následující způsoby vytváření skupinového signálu:

Auto-select (selektivní přidání);

Lineární sčítání;

Optimální (vážené) sčítání;

Kombinovaná metoda.

Odolnost proti šumu těchto způsobů vytváření skupinového signálu se nejčastěji odhaduje energetickým kritériem, tj. zvýšením poměru signálu k šumu při diverzitním příjmu ve srovnání s poměrem signálu k šumu při jediném příjmu. V případě přenosu diskrétních signálů je vhodné hodnotit odolnost proti šumu také pravděpodobnostním kritériem, které umožňuje posoudit pravděpodobnost chyb při diverzitě a jednotlivém příjmu.

Podívejme se na základní principy implementace komunikačních systémů s diverzním příjmem s různými metodami tvorby skupinového signálu a zhodnoťme jejich odolnost proti rušení.

AUTOMATICKÝ VÝBĚR

Automatický výběr znamená, že v každém daném okamžiku je vybrána přijímací cesta s největším výstupním signálem. Zároveň pro i-tý kanál s největším signálem v daném okamžiku váhovým koeficientem C j= 1 a pro všechny ostatní kanály C j i= 0. tj. výsledný signál podle výrazů (6.2), (6.3). (64) lze psát jako

Kde .

Proto se automatickému výběru také říká selektivní (selektivní) sčítání.

Blokové schéma přijímače s optimální automatickou volbou pro duální příjem je na obr. 6.1. Kmity z obou přijímačů jsou přiváděny do zařízení pro porovnávání úrovně. V důsledku porovnávání úrovní kmitání je generován řídicí signál, který spojuje přijímač s vysokou úrovní signálu s výstupním zařízením. Během této doby je přijímač s nejslabší úrovní signálu vypnutý. Pro snížení zkreslení signálu by měl být spínací čas přijímačů krátký. Systém automatického výběru je vhodný pro příjem telefonních a telegrafních signálů, pokud doba sepnutí přijímače nepřesáhne 15-20 µs.

Nezáleží na místě, kde jsou zařízení při příjmu AM signálů zapnuta. Mohou být zapnuty buď před detektory, nebo za nimi.

Při příjmu FM signálů musí být srovnávací zařízení umístěno před omezovači, protože za omezovači jsou úrovně signálu stejné a informace o tom, který signál kanálu je větší, je ztracena. V případě příjmu klíčovaných signálů s frekvenčním posunem musí být ovládací zařízení umístěna za frekvenčními detektory. Pokud jsou ovládací zařízení umístěna před frekvenčními detektory, pak při rychlé přepínání kanálů, jedna část elementárního impulsu projde filtrem frekvenčního detektoru prvního přijímače a druhá část - filtrem frekvenčního detektoru druhého přijímače. V tomto případě, aby se zabránilo zkreslení signálu, musí být filtry frekvenčních detektorů navrženy tak, aby přenášely pulsy kratší, než je doba trvání elementárního pulsu. To by vedlo k výraznému snížení odolnosti proti hluku.

Pro kvantifikace Pro odolnost komunikačního systému proti šumu s optimální automatickou volbou podle energetického kritéria je nutné určit a porovnat průměrné hodnoty odstupu signálu od šumu pro jednotlivý příjem a optimální automatickou volbu. Průměrnou hodnotu užitečného výkonu signálu lze zjistit vzorcem

, (6.6)

Kde T - interval zprůměrování, mnohem delší než perioda změny vysílaného signálu Na).

V dosahu rádia, rychlost změny Na) výrazně vyšší než rychlost změny zisku kanálu a i (t). Výběr T A<T A, T a - období změn A(t) a 1 (t) respektive s ohledem na hodnotu a i (t) na intervalu T konstanta, výraz (6.6) lze přepsat do tvaru

(6.7)

(6.8)

RMS hodnota přenášeného signálu.

Střední hodnotu aditivní interference pro všechna odvětví diverzního příjmu lze považovat za stejnou, tzn.

(6.9)

Poměr signálu k šumu v i-tá větev se rovná

, (6.10)

Hodnota h i 2 (t) změny v čase v důsledku změny koeficientu a i (t), protože h 0 - hodnota je konstantní. Průměr za interval T1 >> T a hodnota poměru signálu k interferenci během jednotlivého příjmu (in i větev) je určena výrazem

U stacionárních náhodných procesů je časový průměr roven průměru souboru, tzn.

, (6.13)

Kde W(a 2 i)- hustota pravděpodobnosti kvadrátního zisku kanálu.

Nejprve najdeme výraz pro rozdělení koeficientu přenosu kanálu na základě známého pravidla pro transformaci náhodných veličin:

. (6.14)

Vezmeme-li v úvahu, že obálka amplitudy signálu je úměrná zesílení kanálu, a zvolíme pro jednoduchost následných výpočtů koeficient proporcionality rovný , dostaneme

těch. . (6.15)

V intervalech pozorování do 10 min hustota pravděpodobnosti obálky amplitudy signálu W(U), jak bylo uvedeno, je určeno Rayleighovým zákonem (1.12). Dosazením (6.15) a (1.12) do (6.14) získáme

. (6.16)

Nyní podle pravidla (6.14) najdeme hustotu pravděpodobnosti zisku kvadrátu kanálu

, (6.17)
vypočítáme integrál (6.13)

, (6.18)

A dostaneme konečný výraz pro průměrnou hodnotu poměru signálu k šumu pro jeden příjem:

Pravděpodobnost, že náhodná veličina h i 2 v i-tém kanálu s jedním příjmem bude menší než určitá hodnota h 2, je určena integrální funkcí rozdělení pravděpodobnosti

. (6.20)

Z výrazu (6.20) podle pravidla (6.14) najdeme

; (6.21)

. (6.22)

Pokud změny a i., a tedy h i považovány za nezávislé v různých kanálech, pak na n- vícenásobná diverzita, pravděpodobnost současného snížení poměru signálu k šumu ve všech kanálech pod prahovou hodnotou h 2 bude stanoveno n-násobný součin pravděpodobností definovaných výrazy (6.21) a (6.22), tzn.

. (6.23)

Z (6.23) najdeme hustotu pravděpodobnosti poměru signálu k šumu při n-násobném rozestupu:

. (6.24)

Analogicky s (6.13) je průměrná hodnota odstupu signálu od šumu při n-rozteč záhybů je určena integrálem

, (6.25)

Výsledkem integrace po částech pomocí Newtonova binomu a výpočtu integrálu (6.25) dostaneme

z toho vyplývá, že poměr signálu k šumu pro optimální automatický výběr je určen poměrem signálu k šumu pro jeden příjem h 0 2 a mnohonásobnost oddělení P. přístup

. (6.27)

odhadne se výkonové zesílení diverzního příjmu s automatickým výběrem ve srovnání s jedním příjmem. Hodnoty Hospoda pro různé poměry vzdáleností jsou uvedeny v tabulce 6.1.

Pro přibližný odhad pravděpodobnosti chyb v diverzitním příjmu diskrétních signálů předpokládáme, že je možné určit určitou hraniční hodnotu h 2 gr který se vyznačuje tím, že h2 > h 2 gr, příjem probíhá téměř bez zkreslení a kdy h2 < h 2 gr pravděpodobnost chyby se blíží jednotce. Za provedených předpokladů integrální distribuční funkce (6. 23) pro h2 = h 2 gr určuje pravděpodobnost chyby

. (6.28)

V případech malých hodnot poměru představujících největší praktický zájem je pravděpodobnost chyb rovna

tj. klesá podle exponenciálního zákona s nárůstem násobnosti separace P.

Pravděpodobnost chyby pro jeden příjem diskrétních signálů s aktivní pauzou v nepřítomnosti úniku je určena výrazem

. (6.30)

V přítomnosti pomalého slábnutí lze pravděpodobnost chyby v komunikačním systému s n-násobným diverzním příjmem stejných signálů určit průměrováním. P 0 ve všech ohledech h2 v souladu s hustotou distribuce (6.24):

. (6.31)

Integrováním (6.31) po částech, pro n=2 dostaneme

. (6.32)

Jak je znázorněno na , v n-násobném rozestupu

(6.33)

Podle tohoto vzorce na Obr. 6.2 jsou konstruovány závislosti ukazující, že nejhmatatelnější výsledek ve srovnání s jednoduchou technikou poskytuje dvojitá technika.

Proto, vezmeme-li v úvahu ekonomické úvahy, nachází duální příjem nejširší uplatnění.

Vzorec (6.27) byl získán za předpokladu, že neexistuje žádná korelace mezi signály jednotlivých přijímacích větví. Pokles zisku se stává významným, když korelační koeficient r>0,6.

V případě duálního příjmu s velkým odstupem signálu od šumu je účinek korelace mezi signály přibližně ekvivalentní poklesu výkonu signálu v

jednou. Pravděpodobnost chyby podle (6.29) je tedy určena výrazem

, (6.34)

PŘIDÁVÁNÍ LINEÁRNÍHO SIGNÁLU

Při lineárním sčítání musí být zisky sčítaných signálů stejné, tj. koeficienty C d, ve výrazu (6.4) se rovnají jedné. Obvykle je zajištěna rovnost zisků přijímačů obecné schéma ARU. V tomto případě je velikost zisků určena největším z přidaných signálů.

Schéma přijímacího zařízení duálního příjmu s lineárním sčítáním signálů je na Obr. 6.3. Koherence signálů přidávaných na střední frekvenci je zajištěna smyčkou fázového závěsu (PLL). Rozfázování přidaných signálů vede ke zhoršení výsledného poměru signálu k šumu, zvláště když jsou úrovně přidaných signálů stejné. Závislost redukce signálu/šumu celkového signálu na stupni rozfázování< j для сдвоенного приема приведена на рис. 6.4, из которого видно, что при 38 0 потери в отношении сигнал/помеха составляют около 1 дБ, а при 50° - 2 дБ. Следовательно, фазирование сиг­налов с высокой точностью не обязательно. Чем больше отлича­ются уровни складываемых сигналов, тем меньше сказывается их несинфазность на отношении сигнал/помеха.

Spínací bod pro totalizér S , s lineárním sčítáním závisí na typu modulace přijímaného signálu. Při příjmu AM signálů lze sčítání provádět před i za detektory, protože poměr signálu k šumu na vstupu a výstupu amplitudového detektoru je stejný. V případě příjmu FM signálů je vhodné sečíst před detektory. To je způsobeno skutečností, že na výstupu frekvenčního detektoru se poměr signálu k šumu zhoršuje, pokud je pod určitou prahovou hodnotou na vstupu detektoru. Následně při přidávání signálů za frekvenčními detektory klesá i výsledná hodnota odstupu signálu od šumu. V případě lineárního přidání k detektoru se navíc snižuje zkreslení signálu způsobené vícecestným šířením rádiových vln.

AB systém

Prvním systémem, který získal praktické uplatnění při vývoji stereofonie, byl systém AB.

Blokové schéma přenosu zvuku v systému AB je na Obr. 2. V tomto případě jsou dva mikrofony: levý Ml a pravý Mn, umístěné vepředu před účinkujícími, například před orchestrem. Zvukové vlny vycházející ze stejných nástrojů ovlivňují mikrofony s různou fází a intenzitou v závislosti na tom, jak daleko od zdroje se mikrofon nachází, proto se AB systému říká fázová intenzita.

Při používání systému AB zvažte následující. Za prvé, pokud je vzdálenost mezi mikrofony příliš velká, může posluchač nabýt dojmu „přerušení“ obrazu, přeskakování zvuku z jednoho reproduktoru na druhý, „selhání středu“, nedostatečné kontinuity zvukový obraz v azimutu a neschopnost rozlišit jednotlivé zdroje zvuku v tomto obrazu.

Obr. AB stereo systém

Čím větší je vzdálenost mezi mikrofony, tím menší je úhel vnímání stereo obrazu. Za druhé, pokud jsou zdroje zvuku příliš blízko k linii mikrofonů, může dojít ke stejnému nežádoucímu účinku, a to v ještě větší míře. Za třetí, čím menší je vzdálenost mezi mikrofony, tím správnější je přenos zvuku ze zdrojů umístěných v různých úhlech k ose symetrie mikrofonů. Je však také nemožné přiblížit mikrofony příliš blízko. Minimální vzdálenost je omezena potřebou přijímat každý z mikrofonů různé informace. Když jsou oba mikrofony umístěny ve stejném bodě prostoru, vnímají v systému AB stejné informace a stereo efekt zmizí.

systém XY

V tomto systému je lokalizace zdrojů zvuku zajištěna pouze rozdílem intenzity zvuku vnímaného oběma mikrofony, proto se systém nazývá intenzita. Mezi signály mikrofonů Ml a Mn nejsou žádné fázové posuny.

Schéma přenosu stereofonního zvuku podle systému XY je na obr. 3. Obr. Dva směrové mikrofony (v tomto případě obousměrné mikrofony) jsou kombinovány v jediném provedení tak, aby jejich membrány byly co nejblíže u sebe, například vedle sebe nebo na stejné vertikále nad sebou.

Obr.3

Osy maximální citlivosti jsou umístěny ve dvou ortogonálních směrech tak, že svírají s rovinou symetrie stejné úhly rozdělující zvukové pole na polovinu (nejčastěji 45°).

S přihlédnutím ke směrovým charakteristikám mikrofonů bude zdroj zvuku I1 vnímat pouze mikrofon Ml, zdroj zvuku IZ - pouze mikrofon Mn, které mají maximální citlivost v těchto směrech. Zdroj zvuku I2, umístěný ve středu zvukového pole, je stejně vnímán mikrofony Ml a Mn a během přehrávání bude slyšet zvuk ze středu. Zdroje zvuku umístěné mezi zdroji I1 a I2 vytvoří na mikrofonu Ml signál vyšší úrovně a při poslechu bude vnímán vlevo od středu. Zdroje zvuku umístěné mezi zdroji I2 a FM budou slyšet při přehrávání zprava.

MS systém

Tento systém je ve skutečnosti jednou z odrůd systému XY, například když jeden z mikrofonů Mm má kruhovou směrovou charakteristiku a druhý mikrofon Ms má kosinusovou charakteristiku, jak je znázorněno na Obr. 2,3, g.

V systému MS se stereo signál dělí na "zvukový signál" neboli signál M (z německého slova Mittel - střed) a "směrový signál" neboli signál S (z německého slova Seite - strana). Signál M je obvyklá celková monofonní informace, tj. součet levého a pravého signálu. Signál S obsahuje informace o zvukovém poli vlevo a vpravo od mikrofonu, tedy informace o umístění zdrojů zvuku na přední straně. Signál S je rozdíl mezi intenzitami zvukových vln působících ze stejného zdroje na membránu mikrofonu ze dvou stran - zleva a zprava.

Pro získání informací z levého X a pravého Y kanálu stereo přenosového systému je nutné převést signály pomocí součtově-diferenčních převodníků SRP (obr. 4). Signál levého kanálu stereopáru je součtem signálů M a S, tj. X=M+S, a signál pravého kanálu je rozdíl mezi signály M a S, tj. Y=M--S . To lze snadno ověřit znázorněním směrových charakteristik mikrofonů M (kruh) a S (kosinus) v kartézském souřadnicovém systému (obr. 5a). V kartézském systému má závislost citlivosti mikrofonu E na úhlu dopadu M a S (a) kruhové charakteristiky tvar přímky M a pro kosinusovou charakteristiku je to segment kosinus S.

Obr.4

Rýže. 5

Pokud se v jednom kanálu sečtou napětí signálů M a S (M + S) a ve druhém kanálu se napětí signálu S odečte od napětí signálu M (tj. M - S), pak pro každý z stereo přenosové kanály závislost výstupního napětí na úhlu dopadu zvukové vlny na mikrofon reprezentují křivky M+S =X a M--S = Y, jak je znázorněno na Obr. 5 B. Je tedy vidět, že systémy XY a MS jsou ekvivalentní a přechod z jednoho z nich do druhého se provádí pomocí nejjednodušší operace převodu signálu součtu a rozdílu.

Systém MS vyžaduje přítomnost dalších jednotek ve složení zvukového ovládacího panelu: převodníky součtového rozdílu, stereo ovladače směru a základnu. Výhodou systému MS oproti systému XY je, že u tohoto systému je technika ovládání jednodušší, je do značné míry shodná s technikou ovládání klasické mono převodovky. V tomto systému je snadné upravit jak celkovou šířku základny, tak šířku úseků základny obsazených jednotlivými skupinami účinkujících, stejně jako přizpůsobit směry ke zdrojům.

Kombinované systémy

Výše diskutované systémy AB, XY a MS jsou založeny na použití dvou konvenčních mono mikrofonů nebo, pro systémy XY a MS, jednoho stereo mikrofonu, což jsou dva mono mikrofony uspořádané v jednom pouzdře. S rozvojem stereofonie, zejména s příchodem vícekanálového záznamu zvuku, se však systémy stereofonního přenosu zvuku začaly postupně stávat složitějšími. Mikrofony se začaly instalovat do blízkosti každé skupiny nástrojů, každé skupiny interpretů, zvlášť pro sólistu, zvlášť pro některé nástroje atd. Všechny tyto signály jsou nejprve zaznamenány a poté „smíchány“. Ukáže se stereo originál, ze kterého jsou následně odstraněny stereo a mono vysílací dvojky. Stereofonní systémy přenosu zvuku využívající velké množství mikrofonů se nazývají polymikrofonní systémy. Někteří z nich:

AB polymikrofonní systém

Polymikrofonní systém XY

Smíšený systém AB a XY

MS systém s několika samostatnými mikrofony

Systém dvojité konverze

Závěry o stereo signálech

Pro vytvoření stereo signálu jsou zapotřebí alespoň dva mikrofony, umístěné jak v různých bodech (systém AB) primární místnosti (studio, hala), tak v jednom bodě, ale umístěné v určitém úhlu vůči sobě (systém XY), nebo s různými směrovými vzory (systém MS).

Princip systému MS, že jsou přenášeny součet a rozdíl signálů L a R, je aplikován na generování stereo vysílacího signálu, který umožňuje přijímat stereofonní přenosy na mono zařízeních.

Pro reprodukci stereo signálu získaného pomocí systému MS je zapotřebí přídavná jednotka pro převod součtu a rozdílu, která převede signály M a S na signály L a R a s určitým vylepšením ji lze použít k úpravě šířky sterea. základna.

Každý den se lidé potýkají s používáním elektronických zařízení. Bez nich je moderní život nemožný. Přeci jen mluvíme o televizi, rádiu, počítači, telefonu, multivařiči a dalších. Dříve, před pár lety, nikdo nepřemýšlel o tom, jaký signál se používá v každém provozuschopném zařízení. Nyní slova „analogový“, „digitální“, „diskrétní“ jsou již dlouho slyšet. Některé z uvedených signálů jsou vysoce kvalitní a spolehlivé.

Digitální přenos se začal používat mnohem později než analogový. Je to dáno tím, že se takový signál mnohem snáze udržuje a technologie v té době nebyla tak vylepšená.

Každý člověk neustále čelí pojmu „diskrétnost“. Pokud toto slovo přeložíte z latiny, bude to znamenat „diskontinuita“. Když půjdeme hluboko do vědy, můžeme to říci diskrétní signál je způsob přenosu informace, který implikuje změnu času nosného média. To druhé bere jakoukoli hodnotu ze všech možných. Nyní diskrétnost ustupuje do pozadí poté, co bylo učiněno rozhodnutí vyrábět systémy na čipu. Jsou integrální a všechny komponenty spolu úzce spolupracují. V diskrétnosti je vše přesně naopak - každý detail je dokončen a propojen s ostatními prostřednictvím speciálních komunikačních linek.

Signál

Signál je speciální kód, který je přenášen do vesmíru jedním nebo více systémy. Tato formulace je obecná.

V oblasti informací a komunikace je signál speciálním nosičem jakýchkoli dat, která se používají k přenosu zpráv. Může být vytvořen, ale není přijat, poslední podmínka je volitelná. Pokud je signálem zpráva, pak se její „zachycení“ považuje za nezbytné.

Je uveden popsaný kód matematická funkce. Charakterizuje všechny možné změny parametrů. V radiotechnická teorie tento model je považován za základní. V něm byl šum nazýván analogem signálu. Je to funkce času, která volně interaguje s přenášeným kódem a zkresluje jej.

Článek popisuje typy signálů: diskrétní, analogové a digitální. Stručně je uvedena i hlavní teorie popisovaného tématu.

Typy signálů

K dispozici je několik signálů. Pojďme se podívat na typy.

1. Podle fyzické prostředí datový nosič je sdílen elektrický signál, optické, akustické a elektromagnetické. Existuje několik dalších druhů, ale jsou málo známé.
2. Podle způsobu nastavení se signály dělí na pravidelné a nepravidelné. První z nich jsou deterministické metody přenosu dat, které jsou specifikovány analytickou funkcí. Náhodné jsou formulovány díky teorii pravděpodobnosti a také nabývají libovolných hodnot v různých časových intervalech.
3. V závislosti na funkcích, které popisují všechny parametry signálu, mohou být metody přenosu dat analogové, diskrétní, digitální (metoda, která je kvantizována úrovní). Používají se k zajištění provozu mnoha elektrických spotřebičů.

Čtenář je nyní obeznámen se všemi druhy signalizace. Pro nikoho nebude těžké je pochopit, hlavní věcí je trochu přemýšlet a zapamatovat si školní fyzikální kurz.

Proč je signál zpracováván?

Signál je zpracováván za účelem přenosu a příjmu informací, které jsou v něm zašifrovány. Jakmile je extrahován, lze jej použít různými způsoby. V některých situacích je přeformátován.

Pro zpracování všech signálů je ještě jeden důvod. Spočívá v mírné kompresi frekvencí (aby nedošlo k poškození informace). Poté je formátován a přenášen nízkou rychlostí.

Analogové a digitální signály používají speciální techniky. Zejména filtrování, konvoluce, korelace. Jsou nezbytné pro obnovení signálu, pokud je poškozen nebo má šum.

Tvorba a formace

Často je pro generování signálů potřeba analogově-digitální převodník (ADC), oba se nejčastěji používají pouze v situaci s využitím DSP technologií. V ostatních případech je vhodné pouze použití DAC.

Při vytváření fyzických analogových kódů s dalším využitím digitálních metod se spoléhají na přijaté informace, které jsou přenášeny ze speciálních zařízení.

Dynamický rozsah

Vypočítá se jako rozdíl mezi vyšší a nižší úrovní hlasitosti, které jsou vyjádřeny v decibelech. Zcela záleží na práci a vlastnostech představení. Bavíme se jak o hudebních stopách, tak o běžných dialozích mezi lidmi. Když si vezmeme třeba hlasatele, který čte zprávy, tak jeho dynamický rozsah kolísá kolem 25-30 dB. A při čtení díla může narůst až na 50 dB.

analogový signál

Analogový signál je časově nepřetržitý způsob přenosu dat. Jeho nevýhodou je přítomnost šumu, který někdy vede k úplné ztrátě informací. Velmi často dochází k takovým situacím, že není možné určit, kde jsou v kódu důležitá data a kde jsou obvyklé zkreslení.

Právě díky tomu si digitální zpracování signálu získalo velkou oblibu a postupně nahrazuje analogové.

digitální signál

Digitální signál je speciální, je popsán diskrétními funkcemi. Jeho amplituda může nabývat určité hodnoty z již zadaných. Pokud je analogový signál schopen přijímat velké množství šumu, pak digitální odfiltruje většinu přijímaného rušení.

Tento typ přenosu dat navíc přenáší informace bez zbytečné sémantické zátěže. Prostřednictvím jednoho fyzického kanálu lze najednou odeslat několik kódů.

Typy digitálního signálu neexistují, protože vystupuje jako samostatný a nezávislý způsob přenosu dat. Je to binární proud. V dnešní době je takový signál považován za nejoblíbenější. Souvisí to se snadností použití.

Aplikace digitálního signálu

Jak se digitální elektrický signál liší od ostatních? To, že je schopen provést kompletní regeneraci v opakovači. Když se do komunikačního zařízení dostane signál se sebemenším rušením, okamžitě změní svou podobu na digitální. To umožňuje například televizní věži znovu vytvořit signál, ale bez efektu šumu.

V případě, že kód dorazí již s velkými zkresleními, tak jej bohužel nelze obnovit. Pokud porovnáme analogovou komunikaci, pak v podobné situaci může opakovač extrahovat část dat a utrácet spoustu energie.

Povídání o mobilním telefonu různé formáty, se silným zkreslením na digitální lince je téměř nemožné mluvit, protože slova nebo celé fráze nejsou slyšet. Analogová komunikace je v tomto případě efektivnější, protože můžete pokračovat v dialogu.

Právě kvůli těmto problémům opakovače často vytvářejí digitální signál, aby se zmenšila mezera v komunikační lince.

diskrétní signál

Nyní každý člověk používá na svém počítači mobilní telefon nebo nějaký „dialer“. Jedním z úkolů přístrojů resp software je přenos signálu, v tomto případě hlasového proudu. Pro přenos kontinuální vlny je potřeba kanál, který by měl vyšší šířku pásma. Proto padlo rozhodnutí použít diskrétní signál. Nevytváří vlnu samotnou, ale její digitální podobu. Proč? Protože přenos pochází z technologie (například telefonu nebo počítače). Jaké jsou výhody tohoto typu přenosu informací? S jeho pomocí se snižuje celkové množství přenášených dat a také se snáze organizuje dávkové odesílání.

Pojem „diskretizace“ je v práci dlouhodobě stabilně používán počítačová věda. Díky takovému signálu se přenáší nesouvislá informace, která je kompletně zakódována speciální znaky a písmena, ale data shromážděná ve speciálních blocích. Jsou to samostatné a úplné částice. Tato metoda kódování byla dlouho upozaděna, ale zcela nevymizela. S ním můžete snadno přenášet malé kousky informací.

Porovnání digitálních a analogových signálů

Málokdo se při nákupu zařízení zamýšlí nad tím, jaké typy signálů se v tom či onom zařízení používají, a ještě více o jejich prostředí a povaze. Někdy se ale stejně musíte vypořádat s pojmy.

Již dlouho je jasné, že analogové technologie ztrácejí poptávku, protože jejich použití je iracionální. Místo toho přichází digitální komunikace. Je třeba pochopit, co je v sázce a co lidstvo odmítá.

Stručně řečeno, analogový signál je způsob přenosu informací, který zahrnuje popis dat spojitými funkcemi času. Ve skutečnosti, konkrétně řečeno, amplituda oscilací se může rovnat jakékoli hodnotě, která je v určitých mezích.

Digitální zpracování signálu je popsáno pomocí diskrétních časových funkcí. Jinými slovy, amplituda kmitání této metody se rovná přesně stanoveným hodnotám.

Přejdeme-li od teorie k praxi, je třeba říci, že analogový signál je charakterizován rušením. S digitálem takové problémy nejsou, protože je úspěšně „vyhlazuje“. Díky novým technologiím je tento způsob přenosu dat schopen sám bez zásahu vědce obnovit všechny původní informace.

Když už mluvíme o televizi, můžeme již s jistotou říci: analogový přenos již dávno přežil svou užitečnost. Většina spotřebitelů přechází na digitální signál. Nevýhodou posledně jmenovaného je, že pokud je nějaké zařízení schopno přijímat analogový přenos, pak více moderním způsobem- pouze speciální vybavení. Poptávka po zastaralé metodě sice již dávno klesla, nicméně tyto typy signálů stále nejsou schopny zcela vymizet z každodenního života.