سیگنال ها و پارامترهای مهندسی رادیو. سیگنال ها و پارامترهای مهندسی رادیو انواع سیگنال در مهندسی رادیو

اطلاعات کلی در مورد سیگنال های رادیویی

هنگام انتقال اطلاعات از راه دور با کمک سیستم های مهندسی رادیو، از انواع سیگنال های مهندسی رادیویی (برق) استفاده می شود. به طور سنتی مهندسی رادیوسیگنال ها به هر سیگنال الکتریکی مربوط به برد رادیویی در نظر گرفته می شوند. از نقطه نظر ریاضی، هر سیگنال رادیویی را می توان با تابعی از زمان نشان داد u(t ) که تغییر مقادیر آنی ولتاژ (اغلب)، جریان یا قدرت را مشخص می کند. با توجه به نمایش ریاضی، کل انواع سیگنال های مهندسی رادیویی معمولاً به دو گروه اصلی تقسیم می شوند: سیگنال های قطعی (منظم) و سیگنال های تصادفی.

قطعیسیگنال‌های رادیویی نامیده می‌شوند که مقادیر لحظه‌ای آن‌ها در هر زمان به طور قابل اعتماد شناخته می‌شوند، یعنی با احتمالی برابر با ۱/۱ قابل پیش‌بینی هستند. نمونه ای از سیگنال مهندسی رادیویی قطعی یک نوسان هارمونیک است. لازم به ذکر است که در واقع یک سیگنال قطعی هیچ اطلاعاتی را حمل نمی کند و تقریباً تمام پارامترهای آن را می توان از طریق یک کانال رادیویی با یک یا چند مقدار کد ارسال کرد. به عبارت دیگر، سیگنال‌های قطعی (پیام‌ها) اساساً حاوی هیچ اطلاعاتی نیستند و هیچ فایده‌ای برای انتقال آنها وجود ندارد.

سیگنال های تصادفیسیگنال هایی هستند که مقادیر لحظه ای آنها در هیچ زمانی مشخص نیست و با احتمالی برابر با یک /1/ قابل پیش بینی نیست. تقریباً همه سیگنال‌های تصادفی واقعی، یا بیشتر آنها، توابع آشفته زمان هستند.

با توجه به ویژگی های ساختار نمایش زمانی، تمام سیگنال های رادیویی به پیوسته و گسسته تقسیم می شوند.و بر اساس نوع اطلاعات ارسالی: آنالوگ و دیجیتال.در مهندسی رادیو از سیستم های پالسی به طور گسترده استفاده می شود که عملکرد آنها بر اساس استفاده از سیگنال های گسسته است. یکی از انواع سیگنال های گسسته است دیجیتالسیگنال /1/. در آن، مقادیر گسسته سیگنال با اعداد جایگزین می شوند که اغلب در کد باینری پیاده سازی می شوند که نشان دهنده بالا (واحد) و کم (صفر) سطوح پتانسیل ولتاژ.

توابعی که سیگنال‌ها را توصیف می‌کنند می‌توانند هم مقادیر واقعی و هم مقادیر پیچیده را داشته باشند. بنابراین، در مهندسی رادیو در مورد سیگنال های واقعی و پیچیده صحبت می کنند. استفاده از یک شکل یا شکل دیگر از توضیحات سیگنال یک موضوع راحتی ریاضی بود.

مفهوم طیف

تجزیه و تحلیل مستقیم تاثیر سیگنال های با شکل پیچیده بر مدارهای رادیویی بسیار دشوار است و به طور کلی همیشه ممکن نیست. بنابراین، منطقی است که سیگنال های پیچیده را به عنوان مجموع برخی از سیگنال های ابتدایی ساده نشان دهیم. اصل برهم نهی امکان چنین نمایشی را توجیه می کند و بیان می کند که در مدارهای خطی اثر سیگنال کل معادل مجموع اثرات سیگنال های مربوطه به طور جداگانه است.

هارمونیک ها اغلب به عنوان سیگنال های ابتدایی استفاده می شوند. این انتخاب چندین مزیت دارد:

الف) بسط به هارمونیک با استفاده از تبدیل فوریه به راحتی اجرا می شود.

ب) هنگامی که یک سیگنال هارمونیک به هر مدار خطی اعمال می شود، شکل آن تغییر نمی کند (هارمونیک می ماند). فرکانس سیگنال نیز ذخیره می شود. البته دامنه و تغییر فاز. آنها را می توان نسبتاً ساده با استفاده از روش دامنه های پیچیده محاسبه کرد.

ج) در مهندسی، سیستم های تشدید به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، که امکان جداسازی تجربی یک هارمونیک از یک سیگنال پیچیده را فراهم می کند.

نشان دادن یک سیگنال به عنوان مجموع هارمونیک های داده شده توسط فرکانس، دامنه و فاز، تجزیه سیگنال به یک طیف نامیده می شود.

هارمونیک های موجود در سیگنال به صورت مثلثاتی یا نمایی خیالی مشخص می شوند.

قبل از شروع مطالعه هر پدیده، فرآیند یا شیء جدید، علم همیشه در تلاش است تا آنها را بر اساس بزرگترین ویژگی های ممکن طبقه بندی کند. برای در نظر گرفتن و تجزیه و تحلیل سیگنال ها، کلاس های اصلی آنها را مشخص می کنیم. این به دو دلیل ضروری است. اول، بررسی اینکه آیا یک سیگنال به یک کلاس خاص تعلق دارد یا خیر، یک روش تجزیه و تحلیل است. ثانیا، برای نمایش و تجزیه و تحلیل سیگنال های کلاس های مختلف، اغلب لازم است از ابزارها و رویکردهای مختلف استفاده شود. مفاهیم، ​​اصطلاحات و تعاریف اساسی در زمینه سیگنال های رادیویی توسط استاندارد ملی (ایالتی سابق) "سیگنال های رادیویی" ایجاد شده است. اصطلاحات و تعاریف". سیگنال های رادیویی بسیار متنوع هستند. بخشی از طبقه بندی مختصری از سیگنال ها بر اساس تعدادی از ویژگی ها در شکل 1 نشان داده شده است. 1. جزئیات بیشتر در مورد تعدادی از مفاهیم در زیر آورده شده است. در نظر گرفتن سیگنال های مهندسی رادیویی در قالب توابع ریاضی داده شده در زمان و مختصات فیزیکی راحت است. از این دیدگاه، سیگنال ها معمولاً با یک (سیگنال یک بعدی؛ n = 1)، دو توصیف می شوند.

(سیگنال دو متغیره؛ n = 2) یا بیشتر (سیگنال چند متغیره n > 2) متغیرهای مستقل. سیگنال های یک بعدی فقط تابع زمان هستند، در حالی که سیگنال های چند بعدی موقعیت را در فضای n بعدی منعکس می کنند.

عکس. 1. طبقه بندی سیگنال های رادیویی

برای قطعیت و ساده‌سازی، ما عمدتا سیگنال‌های وابسته به زمان یک بعدی را در نظر می‌گیریم، با این حال، مواد آموزشی اجازه تعمیم به حالت چند بعدی را می‌دهد، زمانی که سیگنال به عنوان مجموعه‌ای متناهی یا نامتناهی از نقاط، به عنوان مثال، در فضا نمایش داده می‌شود. ، که موقعیت آن بستگی به زمان دارد. در سیستم های تلویزیونی، سیگنال تصویر سیاه و سفید را می توان به عنوان تابعی f(x,y,f) از دو مختصات مکانی و زمان مشاهده کرد که نشان دهنده شدت تابش در نقطه (x,y) در زمان t در کاتد است. . هنگام انتقال سیگنال تلویزیون رنگی، سه تابع f(x, y, t), g(x, y, t), h(x, y, t) بر روی یک مجموعه سه بعدی تعریف شده است (می توانیم اینها را نیز در نظر بگیریم. سه تابع به عنوان اجزای یک میدان برداری سه بعدی). علاوه بر این، هنگام انتقال تصویر تلویزیونی همراه با صدا، انواع مختلفی از سیگنال های تلویزیونی ممکن است رخ دهد.

یک سیگنال چند بعدی مجموعه مرتب شده ای از سیگنال های یک بعدی است. یک سیگنال چند بعدی ایجاد می شود، برای مثال، توسط یک سیستم ولتاژ در پایانه های یک چند قطبی (شکل 2). سیگنال های چند بعدی با توابع پیچیده توصیف می شوند و پردازش آنها اغلب به شکل دیجیتال امکان پذیر است. بنابراین، مدل های سیگنال چند بعدی به ویژه در مواردی که عملکرد سیستم های پیچیده با استفاده از رایانه تجزیه و تحلیل می شود، مفید هستند. بنابراین، سیگنال های چند بعدی یا برداری از سیگنال های تک بعدی بسیاری تشکیل شده اند

که در آن n یک عدد صحیح، بعد سیگنال است.

آر
است. 2. سیستم ولتاژ چند قطبی

با توجه به ویژگی های ساختار نمایش زمانی (شکل 3)، تمام سیگنال های رادیویی به آنالوگ (آنالوگ)، گسسته (زمان گسسته؛ از لاتین discretus - تقسیم شده، متناوب) و دیجیتال (دیجیتال) تقسیم می شوند.

اگر فرآیند فیزیکی که یک سیگنال تک بعدی تولید می کند را بتوان به عنوان یک تابع پیوسته از زمان u(t) نشان داد (شکل 3، a)، آنگاه چنین سیگنالی را آنالوگ (پیوسته) یا به طور کلی تر، پیوسته می نامند. پیوسته - چند مرحله ای)، اگر دومی دارای جهش، ناپیوستگی در امتداد محور دامنه باشد. توجه داشته باشید که به طور سنتی از اصطلاح "آنالوگ" برای توصیف سیگنال هایی استفاده می شود که در زمان پیوسته هستند. یک سیگنال پیوسته را می توان به عنوان یک نوسان واقعی یا پیچیده در زمان u(t) در نظر گرفت که تابعی از یک متغیر زمان واقعی پیوسته است. مفهوم سیگنال "آنالوگ" به این دلیل است که هر مقدار آنی آن شبیه قانون تغییر کمیت فیزیکی متناظر در زمان است. نمونه ای از سیگنال آنالوگ ولتاژی است که به ورودی اسیلوسکوپ اعمال می شود و در نتیجه یک شکل موج پیوسته به عنوان تابعی از زمان روی صفحه ایجاد می شود. از آنجایی که پردازش سیگنال پیوسته مدرن با استفاده از مقاومت‌ها، خازن‌ها، تقویت‌کننده‌های عملیاتی و موارد مشابه ارتباط چندانی با رایانه‌های آنالوگ ندارد، اصطلاح «آنالوگ» امروزه کاملاً تاسف‌آور نیست. درست تر است که پردازش سیگنال پیوسته را آنچه که امروزه معمولاً پردازش سیگنال آنالوگ نامیده می شود، بنامیم.

در رادیو الکترونیک و فناوری ارتباطات، سیستم‌ها، دستگاه‌ها و مدارهای ضربه‌ای به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند که عملکرد آنها بر اساس استفاده از سیگنال‌های گسسته است. به عنوان مثال، یک سیگنال الکتریکی که گفتار را منعکس می کند هم از نظر سطح و هم از نظر زمان پیوسته است و یک سنسور دما که مقادیر خود را هر 10 دقیقه یک بار خروجی می دهد به عنوان منبع سیگنال هایی عمل می کند که از نظر مقدار پیوسته اما در زمان گسسته هستند.

یک سیگنال گسسته از یک سیگنال آنالوگ با یک تبدیل خاص به دست می آید. فرآیند تبدیل سیگنال آنالوگ به دنباله ای از نمونه ها را نمونه برداری (نمونه برداری) می گویند و نتیجه چنین تبدیلی یک سیگنال گسسته یا یک سری گسسته (سری گسسته) است.

ساده ترین مدل ریاضی یک سیگنال گسسته
- دنباله ای از نقاط در محور زمان، به عنوان یک قاعده، در فواصل زمانی منظم
، دوره نمونه برداری (یا بازه، مرحله نمونه برداری؛ زمان نمونه) نامیده می شود و در هر یک از آنها مقادیر سیگنال پیوسته مربوطه آورده شده است (شکل 3، ب). متقابل دوره نمونه برداری را فرکانس نمونه برداری می گویند:
(نام دیگر
). فرکانس زاویه ای (دایره ای) مربوطه به شرح زیر تعیین می شود:
.

سیگنال های گسسته را می توان مستقیماً توسط منبع اطلاعات ایجاد کرد (به ویژه، خوانش های گسسته سیگنال های حسگر در سیستم های کنترل). ساده‌ترین مثال سیگنال‌های گسسته، اطلاعات دمایی است که در برنامه‌های خبری رادیویی و تلویزیونی مخابره می‌شود، اما معمولاً هیچ اطلاعات آب‌وهوایی در مکث‌های بین چنین ارسال‌هایی وجود ندارد. نباید تصور کرد که پیام های گسسته لزوما به سیگنال های گسسته و پیام های پیوسته به سیگنال های پیوسته تبدیل می شوند. اغلب، سیگنال های پیوسته هستند که برای انتقال پیام های گسسته (به عنوان حامل آنها، یعنی حامل) استفاده می شوند. از سیگنال های گسسته می توان برای انتقال پیام های پیوسته استفاده کرد.

بدیهی است که در حالت کلی، نمایش یک سیگنال پیوسته توسط مجموعه ای از نمونه های گسسته منجر به از دست رفتن اطلاعات مفید می شود، زیرا ما چیزی در مورد رفتار سیگنال در فواصل بین نمونه ها نمی دانیم. با این حال، دسته ای از سیگنال های آنالوگ وجود دارد که چنین از دست دادن اطلاعات عملاً برای آنها رخ نمی دهد و بنابراین می توان آنها را با دقت بالایی از مقادیر نمونه های گسسته آنها بازسازی کرد.

انواع سیگنال های گسسته یک سیگنال دیجیتال (سیگنال دیجیتال) است، در فرآیند تبدیل نمونه های سیگنال گسسته به شکل دیجیتال (معمولا به اعداد باینری)، با سطح (کوانتیزاسیون) ولتاژ کوانتیزه می شود. . در این مورد، مقادیر سطوح سیگنال را می توان با اعداد باینری با تعداد محدود و مورد نیاز ارقام شماره گذاری کرد. سیگنالی که از نظر زمان گسسته و از نظر سطح کوانتیزه شده باشد، سیگنال دیجیتال نامیده می شود. به هر حال، سیگنال های کوانتیزه شده در سطح اما پیوسته در زمان در عمل نادر هستند. در یک سیگنال دیجیتال، مقادیر سیگنال گسسته
ابتدا با سطح کوانتیزه می شوند (شکل 3، ج) و سپس نمونه های کوانتیزه شده سیگنال گسسته با اعداد جایگزین می شوند.
اغلب در یک کد باینری پیاده سازی می شود که با سطوح بالا (یک) و پایین (صفر) پتانسیل ولتاژ - پالس های کوتاه با مدت زمان نشان داده می شود. (شکل 3، د). چنین کدی تک قطبی نامیده می شود. از آنجایی که قرائت ها می توانند مجموعه محدودی از مقادیر سطوح ولتاژ را دریافت کنند (به عنوان مثال، قرائت دوم در شکل 3، d را ببینید، که به صورت دیجیتالی می تواند تقریباً به اندازه احتمال عدد 5 - 0101 نوشته شود، و شماره 4 - 0100)، سپس هنگام ارائه سیگنال، دور شدن آن اجتناب ناپذیر است. خطاهای گرد کردن حاصل، خطاهای کوانتیزاسیون (یا نویز) نامیده می شوند (خطای کوانتیزاسیون، نویز کوانتیزاسیون).

دنباله اعداد نشان دهنده سیگنال در پردازش دیجیتال یک سری گسسته است. اعدادی که دنباله را تشکیل می دهند مقادیر سیگنال در نقاط جداگانه (گسسته) در زمان هستند و به آنها نمونه سیگنال دیجیتال (نمونه) می گویند. علاوه بر این، مقدار کوانتیزه شده سیگنال به عنوان مجموعه ای از پالس ها نشان داده می شود که صفرها ("0") و یک ها ("1") را هنگام نمایش این مقدار در سیستم اعداد باینری نشان می دهند (شکل 3، d). مجموعه ای از پالس ها برای تعدیل دامنه موج حامل و به دست آوردن سیگنال رادیویی کد پالس استفاده می شود.

در نتیجه پردازش دیجیتال، هیچ چیز "فیزیکی" به دست نمی آید، فقط اعداد. و اعداد یک انتزاع هستند، راهی برای توصیف اطلاعات موجود در یک پیام. بنابراین، ما باید چیزی فیزیکی داشته باشیم که اعداد را نشان دهد یا اعداد را "حمل" کند. بنابراین، ماهیت پردازش دیجیتال این است که یک سیگنال فیزیکی (ولتاژ، جریان و غیره) به دنباله ای از اعداد تبدیل می شود، که سپس در یک دستگاه محاسباتی تحت تبدیل های ریاضی قرار می گیرد.

سیگنال دیجیتال تبدیل شده (توالی اعداد)، در صورت لزوم، می تواند دوباره به ولتاژ یا جریان تبدیل شود.

پردازش سیگنال دیجیتال فرصت های زیادی را برای انتقال، دریافت و تبدیل اطلاعات، از جمله مواردی که با استفاده از فناوری آنالوگ قابل پیاده سازی نیستند، فراهم می کند. در عمل، هنگام تجزیه و تحلیل و پردازش سیگنال‌ها، سیگنال‌های دیجیتال اغلب با سیگنال‌های گسسته جایگزین می‌شوند و تفاوت آنها با سیگنال‌های دیجیتال به عنوان نویز کوانتیزاسیون تفسیر می‌شود. در این راستا، اثرات مربوط به کوانتیزاسیون سطح و دیجیتالی شدن سیگنال ها، در بیشتر موارد، در نظر گرفته نمی شود. می توان گفت که هم در مدارهای گسسته و هم در مدارهای دیجیتال (به ویژه در فیلترهای دیجیتال) سیگنال های گسسته پردازش می شوند، فقط در داخل ساختار مدارهای دیجیتال این سیگنال ها با اعداد نمایش داده می شوند.

دستگاه های محاسباتی طراحی شده برای پردازش سیگنال می توانند با سیگنال های دیجیتال کار کنند. همچنین دستگاه‌هایی وجود دارند که عمدتاً بر اساس مدارهای آنالوگ ساخته شده‌اند که با سیگنال‌های گسسته کار می‌کنند که به شکل پالس‌هایی با دامنه‌ها، مدت زمان یا نرخ‌های تکرار مختلف ارائه می‌شوند.

یکی از ویژگی های اصلی که سیگنال ها با آن تفاوت دارند، قابل پیش بینی بودن سیگنال (مقادیر آن) در زمان است.

آر
است. 3. سیگنال های رادیویی:

الف - آنالوگ؛ ب - گسسته؛ ج - کوانتیزه شده g - دیجیتال

با توجه به نمایش ریاضی (با توجه به درجه حضور پیشینی، از لاتین پیشینی - از اطلاعات قبلی، یعنی اطلاعات پیش از آزمایش)، همه سیگنال های مهندسی رادیویی معمولاً به دو گروه اصلی تقسیم می شوند: قطعی (منظم، تعیین شده) و سیگنال های تصادفی (تصادفی) (شکل 4).

سیگنال‌های مهندسی رادیویی قطعی نامیده می‌شوند که مقادیر لحظه‌ای آن‌ها در هر زمان به طور قابل اعتماد شناخته می‌شوند، یعنی با احتمال برابر با یک قابل پیش‌بینی هستند. سیگنال های قطعی با توابع زمانی از پیش تعیین شده توصیف می شوند. در ضمن، مقدار لحظه ای یک سیگنال معیاری است که نشان می دهد یک متغیر چقدر و در کدام جهت از صفر انحراف دارد. بنابراین، مقادیر لحظه ای سیگنال می تواند مثبت و منفی باشد (شکل 4، a). ساده‌ترین نمونه‌های سیگنال قطعی، نوسانات هارمونیک با فاز اولیه مشخص، نوسانات فرکانس بالا مدوله‌شده بر اساس یک قانون شناخته‌شده، دنباله یا انفجار پالس‌ها است که شکل، دامنه و موقعیت زمانی آن از قبل مشخص است.

اگر پیام ارسال شده از طریق کانال های ارتباطی قطعی باشد، یعنی از قبل با اطمینان کامل شناخته شده باشد، در این صورت انتقال آن بی معنا خواهد بود. چنین پیام قطعی در واقع حاوی اطلاعات جدیدی نیست. بنابراین، پیام ها باید به عنوان رویدادهای تصادفی (یا توابع تصادفی، متغیرهای تصادفی) در نظر گرفته شوند. به عبارت دیگر، باید مجموعه ای از گزینه های پیام (به عنوان مثال، مجموعه ای از مقادیر مختلف فشار داده شده توسط سنسور) وجود داشته باشد که یکی از آنها با احتمال مشخصی محقق می شود. از این نظر، سیگنال نیز یک تابع تصادفی است. یک سیگنال قطعی نمی تواند حامل اطلاعات باشد. این فقط برای آزمایش یک سیستم انتقال اطلاعات مهندسی رادیویی یا آزمایش دستگاه های جداگانه آن قابل استفاده است. ماهیت تصادفی پیام ها و همچنین تداخل، اهمیت نظریه احتمال را در ساخت نظریه انتقال اطلاعات تعیین کرد.

برنج. 4. سیگنال ها:

الف - قطعی؛ ب - تصادفی

سیگنال های قطعی به دوره ای و غیر تناوبی (پالسی) تقسیم می شوند. سیگنال انرژی نهایی که به طور قابل توجهی با صفر برای یک بازه زمانی محدود، متناسب با زمان تکمیل فرآیند گذرا در سیستمی که قرار است برای آن عمل کند، متفاوت است، سیگنال پالس نامیده می شود.

سیگنال‌های تصادفی سیگنال‌هایی هستند که مقادیر لحظه‌ای آن‌ها در هر زمان مشخص نیست و با احتمال مساوی یک قابل پیش‌بینی نیست. در واقع، برای سیگنال‌های تصادفی، فقط می‌توانید از احتمال اینکه هر مقداری به خود بگیرد، بدانید.

ممکن است به نظر برسد که مفهوم "سیگنال تصادفی" کاملاً صحیح نیست.

اما اینطور نیست. به عنوان مثال، ولتاژ در خروجی گیرنده تصویرگر حرارتی که به منبع تابش IR هدایت می شود، نوسانات آشفته ای را نشان می دهد که اطلاعات مختلفی را در مورد جسم مورد تجزیه و تحلیل حمل می کند. به بیان دقیق، تمام سیگنال هایی که در عمل با آنها مواجه می شوند تصادفی هستند و اکثر آنها عملکردهای آشفته زمان را نشان می دهند (شکل 4b). ممکن است در نگاه اول متناقض به نظر برسد، اما سیگنالی که اطلاعات مفیدی را حمل می کند تنها می تواند یک سیگنال تصادفی باشد. اطلاعات موجود در چنین سیگنالی در مجموعه ای از تغییرات دامنه، فرکانس (فاز) یا کد سیگنال ارسالی تعبیه شده است. سیگنال های ارتباطی مقادیر آنی را در زمان تغییر می دهند و این تغییرات فقط با احتمال معینی کمتر از یک قابل پیش بینی است. بنابراین، سیگنال های ارتباطی به نوعی فرآیندهای تصادفی هستند و بنابراین توصیف آنها با استفاده از روش هایی مشابه روش های توصیف فرآیندهای تصادفی انجام می شود.

در فرآیند انتقال اطلاعات مفید، سیگنال‌های رادیویی می‌توانند در معرض یک تغییر و تحول قرار گیرند. این معمولاً در نام آنها منعکس می شود: سیگنال ها مدوله می شوند، دمودوله می شوند (تشخیص داده می شوند)، کدگذاری می شوند (رمزگشایی می شوند)، تقویت می شوند، تأخیر می افتند، نمونه برداری می شوند، کوانتیزه می شوند و غیره.

با توجه به هدفی که سیگنال ها در فرآیند مدولاسیون دارند، می توان آنها را به مدولاسیون (سیگنال اولیه که موج حامل را تعدیل می کند) یا مدوله شده (موج حامل) تقسیم کرد.

با تعلق به یک یا نوع دیگر از سیستم های مهندسی رادیو، و به ویژه سیستم های انتقال اطلاعات، "ارتباطات"، تلفن، تلگراف، پخش، تلویزیون، رادار، ناوبری رادیویی، اندازه گیری، کنترل، خدمات (از جمله سیگنال های خلبان) و غیره وجود دارد. سیگنال ها

این طبقه بندی مختصر سیگنال های رادیویی به طور کامل همه تنوع آنها را پوشش نمی دهد.

قبل از مطالعه هر پدیده، فرآیند یا اشیایی، علم همیشه در تلاش است تا آنها را با توجه به بیشترین ویژگی های ممکن طبقه بندی کند. بیایید تلاش مشابهی را در مورد سیگنال های رادیویی و تداخل انجام دهیم.

مفاهیم، ​​اصطلاحات و تعاریف اساسی در زمینه سیگنال های رادیویی توسط استاندارد دولتی "سیگنال های رادیویی" ایجاد شده است. اصطلاحات و تعاریف". سیگنال های رادیویی بسیار متنوع هستند. آنها را می توان بر اساس تعدادی از معیارها طبقه بندی کرد.

1. در نظر گرفتن سیگنال های مهندسی رادیویی در قالب توابع ریاضی داده شده در زمان و مختصات فیزیکی راحت است. از این منظر سیگنال ها به دو دسته تقسیم می شوند یک بعدیو چند بعدی. در عمل، سیگنال های یک بعدی رایج ترین هستند. آنها معمولاً تابع زمان هستند. سیگنال‌های چند بعدی از سیگنال‌های یک‌بعدی زیادی تشکیل شده‌اند و علاوه بر این، موقعیت خود را در آن منعکس می‌کنند n-فضای ابعادی به عنوان مثال، سیگنال هایی که اطلاعات مربوط به تصویر هر شی، طبیعت، شخص یا حیوان را حمل می کنند، هم تابع زمان و هم موقعیت در هواپیما هستند.

2. با توجه به ویژگی های ساختار نمایش زمانی، تمام سیگنال های رادیویی به تقسیم می شوند آنالوگ, گسستهو دیجیتال. در سخنرانی شماره 1 قبلاً به ویژگی ها و تفاوت های اصلی آنها با یکدیگر توجه شده است.

3. با توجه به درجه در دسترس بودن اطلاعات پیشینی، کل انواع سیگنال های رادیویی معمولاً به دو گروه اصلی تقسیم می شوند: قطعی(معمولی) و تصادفیسیگنال ها سیگنال های مهندسی رادیویی قطعی نامیده می شوند که مقادیر لحظه ای آنها در هر زمان به طور قابل اعتماد شناخته می شوند. نمونه ای از سیگنال مهندسی رادیویی قطعی، نوسان هارمونیک (سینوسی)، دنباله ای یا انفجاری از پالس ها است که شکل، دامنه و موقعیت زمانی آن از قبل مشخص است. در واقع، یک سیگنال قطعی هیچ اطلاعاتی را حمل نمی کند و تقریباً تمام پارامترهای آن را می توان از طریق یک کانال رادیویی با یک یا چند مقدار کد ارسال کرد. به عبارت دیگر، سیگنال‌های قطعی (پیام‌ها) اساساً حاوی هیچ اطلاعاتی نیستند و هیچ فایده‌ای برای انتقال آنها وجود ندارد. آنها معمولاً برای آزمایش سیستم های ارتباطی، کانال های رادیویی یا دستگاه های فردی استفاده می شوند.

سیگنال های قطعی به دو دسته تقسیم می شوند دوره ایو غیر دوره ای (تکانه). سیگنال ضربه ای سیگنالی با انرژی محدود است که به طور قابل توجهی متفاوت از صفر برای یک بازه زمانی محدود، متناسب با زمان تکمیل فرآیند گذرا در سیستمی است که این سیگنال برای آن عمل می کند. سیگنال های دوره ای هستند هارمونیک، یعنی فقط شامل یک هارمونیک و چند هارمونیککه طیف آن از اجزای هارمونیک زیادی تشکیل شده است. سیگنال های هارمونیک شامل سیگنال هایی است که توسط یک تابع سینوسی یا کسینوس توصیف می شود. همه سیگنال های دیگر پلی هارمونیک نامیده می شوند.

سیگنال های تصادفیسیگنال هایی هستند که مقادیر لحظه ای آنها در هر زمانی ناشناخته است و با احتمال برابر یک قابل پیش بینی نیست. ممکن است در نگاه اول متناقض به نظر برسد، اما سیگنالی که اطلاعات مفیدی را حمل می کند تنها می تواند یک سیگنال تصادفی باشد. اطلاعات موجود در آن در مجموعه ای از تغییرات دامنه، فرکانس (فاز) یا کد سیگنال ارسالی تعبیه شده است. در عمل، هر سیگنال رادیویی حاوی اطلاعات مفید باید تصادفی در نظر گرفته شود.

4. در فرآیند انتقال اطلاعات، سیگنال ها می توانند در معرض این یا آن تغییر قرار گیرند. این معمولاً در نام آنها منعکس می شود: سیگنال ها مدوله شده, دمودوله شده(شناسایی شده), کدگذاری شده (رمزگشایی شده است), تقویت شده, بازداشت شدگان, گسسته شده, کوانتیزه شدهو غیره.

5. با توجه به هدفی که سیگنال ها در فرآیند مدولاسیون دارند، می توان آنها را به دو دسته تقسیم کرد تعدیل کننده(سیگنال اولیه که موج حامل را تعدیل می کند) یا مدوله شده(ارتعاش حامل).

6. با تعلق به این یا نوع دیگری از سیستم های انتقال اطلاعات، آنها را متمایز می کنند تلفن, تلگرافیک, صدا و سیما, تلویزیون, رادار, مدیران, اندازه گیریو سیگنال های دیگر

اکنون طبقه بندی تداخل رادیویی را در نظر بگیرید. زیر تداخل رادیوییدرک یک سیگنال تصادفی، همگن با یک سیگنال مفید و عمل همزمان با آن. برای سیستم‌های ارتباط رادیویی، تداخل هر اثر تصادفی روی سیگنال مفیدی است که صحت بازتولید پیام‌های ارسالی را کاهش می‌دهد. طبقه بندی تداخل رادیویی نیز به دلایل مختلفی امکان پذیر است.

1. با توجه به محل وقوع تداخل به تقسیم می شوند خارجیو داخلی. انواع اصلی آنها قبلاً در سخنرانی شماره 1 مورد بحث قرار گرفته است.

2. بسته به ماهیت تعامل، تداخل با سیگنال متمایز می شود افزودنیو ضربیدخالت. نویز افزایشی نویزهایی است که به سیگنال اضافه می شود. تداخل ضربی را تداخل می گویند که با سیگنال ضرب می شود. در کانال های ارتباطی واقعی، معمولاً هم تداخل افزایشی و هم تداخل ضربی رخ می دهد.

3. با توجه به ویژگی های اصلی، نویز افزودنی را می توان به سه کلاس تقسیم کرد: بر روی طیف متمرکز شده است(تداخل باند باریک)، نویز ضربه ای(متمرکز در زمان) و نویز نوسان(نویز نوسان)، محدود به زمان یا طیف نیست. متمرکز بر روی طیف را تداخل می گویند که بخش اصلی توان آن در قسمت های جداگانه ای از محدوده فرکانس کوچکتر از پهنای باند سیستم مهندسی رادیو قرار دارد. تداخل ضربه ای یک توالی منظم یا آشفته از سیگنال های ضربه ای است که با سیگنال مفید همگن هستند. منابع چنین تداخلی عناصر دیجیتال و سوئیچینگ مدارهای رادیویی یا دستگاه هایی هستند که در کنار آنها کار می کنند. سر و صدای تکانشی و متمرکز اغلب به عنوان نامیده می شود پیکاپ ها.

هیچ تفاوت اساسی بین سیگنال و نویز وجود ندارد. علاوه بر این، آنها در وحدت وجود دارند، هر چند در عمل خود متضاد باشند.

فرآیندهای تصادفی

همانطور که در بالا ذکر شد، ویژگی متمایز یک سیگنال تصادفی این است که مقادیر لحظه ای آن از قبل قابل پیش بینی نیستند. تقریباً تمام سیگنال‌ها و نویزهای تصادفی واقعی، توابع آشفته زمان هستند که مدل‌های ریاضی آن‌ها فرآیندهای تصادفی هستند که در رشته مهندسی رادیویی آماری مطالعه می‌شوند. فرآیند تصادفیتابع تصادفی آرگومان نامیده می شود تی، جایی که تیزمان فعلی یک فرآیند تصادفی با حروف بزرگ الفبای یونانی نشان داده می شود. در صورت توافق قبلی، تعیین سایر موارد نیز مجاز است. نوع خاصی از فرآیند تصادفی که در طول آزمایش مشاهده می شود، به عنوان مثال، بر روی یک اسیلوسکوپ، نامیده می شود. پیاده سازیاین فرآیند تصادفی نوع پیاده سازی خاص x(t)را می توان با وابستگی عملکردی معینی از آرگومان مشخص کرد تییا نمودار

بسته به اینکه آیا مقادیر پیوسته یا گسسته آرگومان می گیرند تیو اجرا ایکس، پنج نوع اصلی فرآیند تصادفی وجود دارد. اجازه دهید این انواع را با مثال توضیح دهیم.

یک فرآیند تصادفی پیوسته با این واقعیت مشخص می شود که تیو ایکسکمیت های پیوسته هستند (شکل 2.1، a). برای مثال، چنین فرآیندی نویز در خروجی گیرنده رادیویی است.

یک فرآیند تصادفی گسسته با این واقعیت مشخص می شود که تییک مقدار پیوسته است و ایکس- گسسته (شکل 2.1، ب). انتقال از به در هر زمانی اتفاق می افتد. نمونه ای از چنین فرآیندی، فرآیندی است که وضعیت سیستم صف را هنگامی که سیستم در زمان های دلخواه پرش می کند، مشخص می کند. تیاز یک حالت به حالت دیگر می رود مثال دیگر نتیجه کمی کردن یک فرآیند پیوسته تنها بر اساس سطح است.

توالی تصادفی با این واقعیت مشخص می شود که تیگسسته است و ایکس- کمیت های پیوسته (شکل 2.1، ج). به عنوان مثال، می توان به نمونه های زمانی در زمان های خاص از یک فرآیند پیوسته اشاره کرد.

یک توالی تصادفی گسسته با این واقعیت مشخص می شود که تیو ایکسکمیت های گسسته هستند (شکل 2.1، د). چنین فرآیندی را می توان در نتیجه کوانتیزاسیون سطح و گسسته سازی زمان به دست آورد. این سیگنال ها در سیستم های ارتباطی دیجیتال هستند.

یک جریان تصادفی دنباله ای از نقاط، توابع دلتا یا رویدادها (شکل 2.1، e، g) در زمان های تصادفی است. این فرآیند به طور گسترده در تئوری قابلیت اطمینان استفاده می شود، زمانی که جریان خطا در تجهیزات الکترونیکی به عنوان یک فرآیند تصادفی در نظر گرفته شود.

فصل 1 عناصر تئوری عمومی سیگنال های مهندسی رادیو

اصطلاح "سیگنال" اغلب نه تنها در مسائل علمی و فنی، بلکه در زندگی روزمره نیز یافت می شود. گاهی اوقات، بدون فکر کردن به سختی اصطلاحات، مفاهیمی مانند سیگنال، پیام، اطلاعات را شناسایی می کنیم. این معمولاً منجر به سوء تفاهم نمی شود ، زیرا کلمه "سیگنال" از اصطلاح لاتین "signum" - "نشانه" می آید که دامنه معنایی گسترده ای دارد.

با این وجود، هنگام شروع مطالعه سیستماتیک مهندسی رادیویی نظری، در صورت امکان، باید معنای معنی دار مفهوم "سیگنال" را روشن کرد. طبق سنت پذیرفته شده، سیگنال فرآیند تغییر وضعیت فیزیکی یک شی در زمان است که برای نمایش، ثبت و انتقال پیام ها عمل می کند. در تمرین فعالیت های انسانی، پیام ها به طور جدایی ناپذیری با اطلاعات موجود در آنها پیوند دارند.

دامنه موضوعات مبتنی بر مفاهیم «پیام» و «اطلاعات» بسیار گسترده است. این موضوع مورد توجه دقیق مهندسان، ریاضیدانان، زبان شناسان، فیلسوفان است. در دهه 1940، K. Shannon مرحله اولیه توسعه یک جهت علمی عمیق - نظریه اطلاعات را تکمیل کرد.

باید گفت که مشکلات ذکر شده در اینجا، قاعدتاً بسیار فراتر از محدوده درس "مدارات و سیگنال های رادیویی" است. بنابراین، این کتاب ارتباطی را که بین ظاهر فیزیکی سیگنال و معنای پیام موجود در آن وجود دارد، توصیف نخواهد کرد. علاوه بر این، مسئله ارزش اطلاعات موجود در پیام و در نهایت در سیگنال، مورد بحث قرار نخواهد گرفت.

1.1. طبقه بندی سیگنال های رادیویی

علم با شروع مطالعه هر شیء یا پدیده جدید، همیشه در تلاش است تا طبقه بندی اولیه آنها را انجام دهد. در زیر، چنین تلاشی برای سیگنال ها انجام شده است.

هدف اصلی توسعه معیارهای طبقه بندی و همچنین، که برای آینده بسیار مهم است، ایجاد یک اصطلاح خاص است.

توصیف سیگنال ها با استفاده از مدل های ریاضی.

سیگنال ها به عنوان فرآیندهای فیزیکی را می توان با استفاده از ابزارها و دستگاه های مختلف - اسیلوسکوپ های الکترونیکی، ولت متر، گیرنده ها، مطالعه کرد. این روش تجربی یک اشکال قابل توجه دارد. پدیده هایی که توسط آزمایشگر مشاهده می شوند همیشه به صورت تظاهراتی خاص و منفرد ظاهر می شوند که فاقد درجه تعمیم هستند که قضاوت در مورد ویژگی های اساسی آنها و پیش بینی نتایج را در شرایط تغییریافته ممکن می سازد.

به منظور تبدیل سیگنال ها به موضوعات مطالعه نظری و محاسبات، لازم است روشی برای توصیف ریاضی آنها مشخص شود یا به زبان علم مدرن، یک مدل ریاضی از سیگنال مورد مطالعه ایجاد شود.

یک مدل ریاضی یک سیگنال می تواند مثلاً یک وابستگی تابعی باشد که آرگومان آن زمان است. به عنوان یک قاعده، در آینده، چنین مدل های ریاضی سیگنال ها با نمادهای الفبای لاتین s(t)، u(t)، f(t) و غیره مشخص می شوند.

ایجاد یک مدل (در این مورد، یک سیگنال فیزیکی) اولین گام اساسی برای مطالعه سیستماتیک ویژگی یک پدیده است. اول از همه، مدل ریاضی به فرد اجازه می دهد تا از ماهیت خاص حامل سیگنال انتزاعی بگیرد. در مهندسی رادیو، همین مدل ریاضی جریان، ولتاژ، شدت میدان الکترومغناطیسی و غیره را با موفقیت یکسان توصیف می کند.

جنبه اساسی روش انتزاعی، بر اساس مفهوم یک مدل ریاضی، در این واقعیت نهفته است که ما این فرصت را به دست می آوریم تا دقیقاً آن ویژگی های سیگنال ها را توصیف کنیم که به طور عینی نقش تعیین کننده ای دارند. در این مورد، تعداد زیادی از ویژگی های جزئی نادیده گرفته می شوند. به عنوان مثال، در اکثریت قریب به اتفاق موارد، انتخاب وابستگی های عملکردی دقیقی که با نوسانات الکتریکی مشاهده شده به صورت تجربی مطابقت دارند، بسیار دشوار است. بنابراین، محقق، با هدایت کلیت اطلاعات در دسترس خود، از زرادخانه موجود مدل های ریاضی سیگنال هایی را انتخاب می کند که در یک موقعیت خاص، فرآیند فیزیکی را به بهترین و ساده ترین روش توصیف می کند. بنابراین، انتخاب مدل یک فرآیند تا حد زیادی خلاقانه است.

توابعی که سیگنال‌ها را توصیف می‌کنند می‌توانند هم مقادیر واقعی و هم مقادیر پیچیده را داشته باشند. بنابراین، در آینده اغلب در مورد سیگنال های واقعی و پیچیده صحبت خواهیم کرد. استفاده از این یا آن اصل یک موضوع راحتی ریاضی است.

با دانستن مدل‌های ریاضی سیگنال‌ها، می‌توان این سیگنال‌ها را با یکدیگر مقایسه کرد، هویت و تفاوت آنها را مشخص کرد و آنها را طبقه‌بندی کرد.

سیگنال های یک بعدی و چند بعدی.

یک سیگنال معمولی برای مهندسی رادیو، ولتاژ در پایانه های مدار یا جریان در یک شاخه است.

چنین سیگنالی که توسط یک تابع زمان توصیف می شود، معمولاً یک بعدی نامیده می شود. در این کتاب، سیگنال های یک بعدی بیشتر مورد مطالعه قرار خواهند گرفت. با این حال، گاهی اوقات به راحتی می توان سیگنال های چند بعدی یا برداری فرم را در نظر گرفت

توسط مجموعه ای از سیگنال های یک بعدی تشکیل شده است. یک عدد صحیح N بعد چنین سیگنالی نامیده می شود (اصطلاحات از جبر خطی به عاریت گرفته شده است).

یک سیگنال چند بعدی، برای مثال، سیستمی از ولتاژها در پایانه های یک چند قطبی است.

توجه داشته باشید که یک سیگنال چند بعدی مجموعه مرتب شده ای از سیگنال های یک بعدی است. بنابراین، در حالت کلی، سیگنال هایی با ترتیب اجزای مختلف با یکدیگر برابر نیستند:

مدل‌های سیگنال چند بعدی به‌ویژه زمانی مفید هستند که عملکرد سیستم‌های پیچیده با استفاده از رایانه تحلیل می‌شوند.

سیگنال های قطعی و تصادفی

اصل دیگر برای طبقه بندی سیگنال های رادیویی بر اساس امکان یا عدم امکان پیش بینی دقیق مقادیر لحظه ای آنها در هر زمان است.

اگر مدل ریاضی سیگنال اجازه چنین پیش بینی را بدهد، سیگنال قطعی نامیده می شود. راه های تنظیم آن می تواند متفاوت باشد - یک فرمول ریاضی، یک الگوریتم محاسباتی، و در نهایت، یک توصیف شفاهی.

به بیان دقیق، سیگنال های قطعی و همچنین فرآیندهای قطعی مربوط به آنها وجود ندارند. تعامل اجتناب ناپذیر سیستم با اشیاء فیزیکی اطراف آن، وجود نوسانات حرارتی آشفته، و صرفاً ناقص بودن دانش در مورد وضعیت اولیه سیستم - همه اینها باعث می شود سیگنال های واقعی را به عنوان توابع تصادفی زمان در نظر بگیریم.

در مهندسی رادیو، سیگنال های تصادفی اغلب خود را به صورت تداخل نشان می دهند و از استخراج اطلاعات از شکل موج دریافتی جلوگیری می کنند. مشکل مقابله با تداخل، افزایش مصونیت صوتی دریافت رادیو یکی از مشکلات محوری مهندسی رادیو است.

ممکن است به نظر برسد که مفهوم "سیگنال تصادفی" متناقض است. با این حال، اینطور نیست. به عنوان مثال، سیگنال در خروجی گیرنده تلسکوپ رادیویی که به منبع تابش کیهانی هدایت می شود، نوسانات آشفته ای است که با این حال، اطلاعات مختلفی را در مورد یک جسم طبیعی حمل می کند.

هیچ مرز غیر قابل عبوری بین سیگنال های قطعی و تصادفی وجود ندارد.

اغلب، در شرایطی که سطح تداخل بسیار کمتر از سطح یک سیگنال مفید با شکل شناخته شده است، یک مدل قطعی ساده‌تر برای این کار کاملاً مناسب است.

روش‌های مهندسی رادیویی آماری که در دهه‌های اخیر برای تجزیه و تحلیل خواص سیگنال‌های تصادفی توسعه یافته‌اند، ویژگی‌های خاص زیادی دارند و بر اساس دستگاه ریاضی نظریه احتمال و نظریه فرآیندهای تصادفی هستند. تعدادی از فصل های این کتاب به طور کامل به این طیف از سؤالات اختصاص داده شده است.

سیگنال های ضربه ای

دسته بسیار مهمی از سیگنال‌ها برای مهندسی رادیو، تکانه‌ها هستند، یعنی نوسان‌هایی که فقط در یک دوره زمانی محدود وجود دارند. در این مورد، پالس های ویدئویی (شکل 1.1، a) و پالس های رادیویی (شکل 1.1، b) متمایز می شوند. تفاوت این دو نوع اصلی تکانه به شرح زیر است. اگر یک پالس تصویری است، پالس رادیویی مربوط به آن (فرکانس و اولیه دلخواه هستند). در این حالت تابع را پاکت پالس رادیویی و تابع را پر کردن آن می نامند.

برنج. 1.1. سیگنال های پالس و ویژگی های آنها: الف - پالس تصویری، ب - پالس رادیویی. ج - تعیین پارامترهای عددی ضربه

در محاسبات فنی، به جای یک مدل ریاضی کامل که جزئیات "ساختار ظریف" پالس را در نظر می گیرد، اغلب از پارامترهای عددی برای ارائه یک ایده ساده از شکل آن استفاده می شود. بنابراین، برای یک پالس ویدئویی که شکل نزدیک به ذوزنقه دارد (شکل 1.1، ج)، مرسوم است که دامنه (ارتفاع) آن A تعیین شود. از پارامترهای زمان، مدت زمان پالس، مدت زمان را مشخص کنید. جلو و مدت زمان برش

در مهندسی رادیو، آنها با پالس های ولتاژ سروکار دارند که دامنه آنها از کسری از یک میکروولت تا چند کیلو ولت متغیر است و مدت زمان آن به کسری از نانوثانیه می رسد.

سیگنال های آنالوگ، گسسته و دیجیتال.

در پایان مروری کوتاه بر اصول طبقه بندی سیگنال های رادیویی، موارد زیر را متذکر می شویم. اغلب فرآیند فیزیکی که سیگنال را تولید می کند در طول زمان به گونه ای تکامل می یابد که می توان مقادیر سیگنال را در آن اندازه گیری کرد. هر نقطه در زمان سیگنال های این کلاس را معمولا آنالوگ (پیوسته) می نامند.

اصطلاح "سیگنال آنالوگ" تاکید می کند که چنین سیگنالی "مشابه" است، کاملا شبیه به فرآیند فیزیکی که آن را تولید می کند.

یک سیگنال آنالوگ یک بعدی به صورت بصری با نمودار آن (اسیلوگرام) نشان داده می شود که می تواند پیوسته یا با نقاط شکست باشد.

در ابتدا فقط از سیگنال های آنالوگ در مهندسی رادیو استفاده می شد. چنین سیگنال هایی امکان حل موفقیت آمیز مشکلات فنی نسبتاً ساده (ارتباطات رادیویی، تلویزیون و غیره) را فراهم می کند. تولید، دریافت و پردازش سیگنال های آنالوگ با استفاده از ابزارهای موجود در آن زمان آسان بود.

افزایش نیاز به سیستم های مهندسی رادیو، تنوع برنامه ها ما را مجبور کرد به دنبال اصول جدیدی برای ساخت آنها باشیم. در تعدادی از موارد، سیستم های آنالوگ با سیستم های پالسی جایگزین شدند که عملکرد آنها بر اساس استفاده از سیگنال های گسسته است. ساده ترین مدل ریاضی یک سیگنال گسسته مجموعه ای از نقاط قابل شمارش - یک عدد صحیح) در محور زمان است که در هر یک از آنها مقدار مرجع سیگنال تعیین می شود. به عنوان یک قاعده، مرحله نمونه برداری برای هر سیگنال ثابت است.

یکی از مزایای سیگنال های گسسته نسبت به سیگنال های آنالوگ این است که نیازی به بازتولید مداوم سیگنال در هر زمان ندارند. با توجه به این، امکان انتقال پیام ها از منابع مختلف از طریق یک پیوند رادیویی، سازماندهی ارتباطات چند کاناله با جداسازی کانال در زمان ممکن می شود.

به طور مستقیم واضح است که سیگنال های آنالوگ با تغییر زمان سریع نیاز به یک مرحله کوچک برای نمونه برداری دارند. در فصل 5 این موضوع اساسی مهم به تفصیل مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

نوع خاصی از سیگنال های گسسته سیگنال های دیجیتال هستند. آنها با این واقعیت مشخص می شوند که مقادیر مرجع در قالب اعداد ارائه می شوند. به دلایل راحتی فنی اجرا و پردازش، اعداد باینری معمولاً با تعداد محدود و به عنوان یک قاعده نه خیلی زیاد از ارقام استفاده می شوند. اخیراً گرایشی به سوی معرفی گسترده سیستم‌های دارای سیگنال دیجیتال وجود دارد. این به دلیل پیشرفت های قابل توجهی است که در میکروالکترونیک و مدارهای مجتمع انجام شده است.

باید در نظر داشت که در اصل، هر سیگنال گسسته یا دیجیتال (ما در مورد یک سیگنال صحبت می کنیم - یک فرآیند فیزیکی و نه یک مدل ریاضی) یک سیگنال آنالوگ است. بنابراین، یک سیگنال آنالوگ که به آرامی در زمان تغییر می کند را می توان با تصویر گسسته آن مقایسه کرد، که به شکل دنباله ای از پالس های ویدئویی مستطیلی با مدت زمان یکسان است (شکل 1.2، a). ارتفاع این پالس ها متناسب با مقادیر موجود در نقاط مرجع است. با این حال، می توان در غیر این صورت، ارتفاع پالس ها را ثابت نگه داشت، اما مدت زمان آنها را مطابق با مقادیر مرجع فعلی تغییر داد (شکل 1.2، ب).

برنج. 1.2. گسسته سازی سیگنال آنالوگ: a - با دامنه متغیر. ب - با مدت زمان متغیر پالس های مرجع

هر دو روش نمونه برداری سیگنال آنالوگ ارائه شده در اینجا معادل می شوند اگر فرض کنیم که مقادیر سیگنال آنالوگ در نقاط نمونه گیری متناسب با مساحت تک تک پالس های ویدئویی باشد.

ضبط مقادیر مرجع در قالب اعداد نیز با نمایش دومی در قالب دنباله ای از پالس های ویدئویی انجام می شود. سیستم اعداد باینری برای این روش بسیار مناسب است. برای مثال، می توان یک سطح بالا را با یک و یک سطح پتانسیل پایین را با صفر، f مرتبط کرد. 15.

به عنوان حامل پیام، از نوسانات الکترومغناطیسی با فرکانس بالا (امواج رادیویی) با دامنه مناسب استفاده می شود که می تواند در فواصل طولانی منتشر شود.

نوسان فرکانس حامل منتشر شده توسط فرستنده با: دامنه، فرکانس و فاز اولیه مشخص می شود. به طور کلی به شکل زیر ارائه می شود:

i = I m sin(ω 0 t + Ψ 0),

جایی که: منمقدار لحظه ای جریان نوسان حامل است.

من هستمدامنه جریان نوسان حامل است.

ω 0 فرکانس زاویه ای نوسان حامل است.

Ψ 0 – فاز اولیه موج حامل

سیگنال های اولیه (پیام ارسال شده، تبدیل به شکل الکتریکی) که عملکرد فرستنده را کنترل می کنند می توانند یکی از این پارامترها را تغییر دهند.

فرآیند کنترل پارامترهای جریان فرکانس بالا با استفاده از سیگنال اولیه مدولاسیون (دامنه، فرکانس، فاز) نامیده می شود. اصطلاح "دستکاری" برای انواع انتقال تلگرافی استفاده می شود.

در ارتباطات رادیویی از سیگنال های رادیویی برای انتقال اطلاعات استفاده می شود:

رادیو تلگراف;

تلفن رادیویی؛

عکس تلگرافی;

تله کد؛

انواع پیچیده سیگنال ها

ارتباط رادیویی تلگراف متفاوت است: با روش تلگراف. با توجه به روش دستکاری؛ در مورد استفاده از کدهای تلگراف؛ با استفاده از کانال رادیویی

بسته به روش و سرعت انتقال، ارتباطات رادیو تلگراف به دستی و اتوماتیک تقسیم می شوند. با انتقال دستی، دستکاری با کلید تلگراف با استفاده از کد MORSE انجام می شود. سرعت انتقال (برای دریافت شنیداری) 60-100 کاراکتر در دقیقه است.

با گیربکس اتوماتیک، دستکاری توسط دستگاه های الکترومکانیکی انجام می شود و دریافت با استفاده از ماشین های چاپ انجام می شود. سرعت انتقال 900-1200 کاراکتر در دقیقه.

با توجه به روش استفاده از کانال رادیویی، ارسال های تلگراف به دو کانال تک کاناله و چند کاناله تقسیم می شوند.

با روش دستکاری، رایج‌ترین سیگنال‌های تلگراف شامل سیگنال‌هایی با کلید‌گذاری دامنه (AT - تلگراف دامنه - A1)، با کلیدگذاری تغییر فرکانس (FT و DFT - تلگراف فرکانس و تلگراف دو فرکانس - F1 و F6)، با تغییر فاز نسبی است. کلید زدن (OFT - تلگراف فاز - F9).

برای استفاده از کدهای تلگراف از سیستم های تلگراف با کد MORSE استفاده می شود. سیستم های استارت استاپ با کدهای 5 و 6 رقمی و غیره.

سیگنال‌های تلگراف دنباله‌ای از پالس‌های مستطیل شکل با مدت زمان یکسان یا متفاوت هستند. بسته ای که کمترین مدت زمان را داشته باشد ابتدایی نامیده می شود.

پارامترهای اساسی سیگنال های تلگراف: سرعت تلگراف (V); فرکانس دستکاری (F)؛ عرض طیف (2 بعدی f).

سرعت تلگراف Vبرابر با تعداد تراشه های ارسال شده در یک ثانیه، اندازه گیری شده در باود. با نرخ تلگراف 1 باود، یک تراشه در هر 1 ثانیه ارسال می شود.

فرکانس کلید زدن افعددی برابر با نصف سرعت تلگراف است Vو با هرتز اندازه گیری می شود: F=V/2 .

سیگنال تلگراف کلیددار با تغییر دامنهدارای یک طیف (شکل 2.2.1.1) است که علاوه بر فرکانس حامل، شامل تعداد نامتناهی مولفه فرکانس است که در دو طرف آن قرار دارند، در فواصل زمانی برابر با فرکانس دستکاری F. سه مولفه طیف واقع در هر طرف. از حامل بنابراین، عرض طیف سیگنال RF تلگراف کلیددار با تغییر دامنه برابر با 6F است. هر چه فرکانس کلید زنی بیشتر باشد، طیف سیگنال تلگراف RF گسترده تر است.

برنج. 2.2.1.1. نمایش زمانی و طیفی سیگنال AT

در کلید زدن تغییر فرکانسجریان در آنتن در دامنه تغییر نمی کند، بلکه فقط فرکانس مطابق با تغییر در سیگنال دستکاری تغییر می کند. طیف سیگنال FT (DFT) (شکل 2.2.1.2) همانطور که بود، طیف دو (چهار) نوسان کلیدی تغییر دامنه مستقل با فرکانس های حامل خود است. تفاوت بین فرکانس "فشار دادن" و فرکانس "فشرده کردن" را فاصله فرکانس می نامند که نشان داده می شود. ∆fو می تواند در محدوده 50 - 2000 هرتز (اغلب 400 - 900 هرتز) باشد. عرض طیف سیگنال FT 2∆f+3F است.

شکل 2.2.1.2. نمایش زمانی و طیفی سیگنال چیرپ

برای افزایش توان عملیاتی پیوند رادیویی، از سیستم های رادیو تلگراف چند کاناله استفاده می شود. در آنها، روی یک فرکانس حامل فرستنده رادیویی، دو یا چند برنامه تلگراف به طور همزمان قابل انتقال هستند. سیستم هایی با تقسیم فرکانس چندگانه کانال ها، با تقسیم زمانی کانال ها و سیستم های ترکیبی وجود دارد.

ساده ترین سیستم دو کاناله، سیستم تلگراف دو فرکانس (DFT) است. سیگنال های دستکاری شده در فرکانس در سیستم DCT با تغییر فرکانس حامل فرستنده به دلیل تأثیر همزمان سیگنال های دو دستگاه تلگراف بر روی آن منتقل می شوند. این از این واقعیت استفاده می کند که سیگنال های دو دستگاه که به طور همزمان کار می کنند می توانند تنها چهار ترکیب از پیام های ارسال شده را داشته باشند. با این روش، در هر زمان، سیگنالی با یک فرکانس منتشر می شود که مربوط به ترکیب خاصی از ولتاژهای دستکاری شده است. دستگاه گیرنده دارای یک رمزگشا است که به کمک آن ارسال های تلگراف با ولتاژ ثابت از طریق دو کانال تشکیل می شود. مالتی پلکس شدن فرکانس به این معنی است که فرکانس های کانال های جداگانه در قسمت های مختلف محدوده فرکانس کل قرار دارند و همه کانال ها به طور همزمان ارسال می شوند.

با تقسیم زمانی کانال ها، پیوند رادیویی به هر دستگاه تلگراف به صورت متوالی با کمک توزیع کننده ها ارائه می شود (شکل 2.2.1.3).

شکل 2.2.1.3. سیستم تقسیم زمان چند کاناله

برای انتقال پیام های تلفن رادیویی عمدتاً از سیگنال های فرکانس بالا مدوله شده با دامنه و مدوله فرکانس استفاده می شود. سیگنال فرکانس پایین تعدیل کننده مجموعه ای از تعداد زیادی سیگنال با فرکانس های مختلف است که در یک باند معین قرار دارند. پهنای طیف یک سیگنال تلفن فرکانس پایین استاندارد، به عنوان یک قاعده، یک باند 0.3-3.4 کیلوهرتز را اشغال می کند.