39. Классификация сигналов. Характеристики импульсного сигнала

Сигнал - материальный носитель информации, используемый для передачи сообщений в системе связи.

1) По физической природе носителя информации:

- электрические;

- электромагнитные;

- оптические;

- акустические.

2) По способу задания сигнала:

- регулярные (детерминированные), заданные аналитической функцией;

- нерегулярные (случайные), принимающие произвольные значения в любой момент времени. Для описания таких сигналов используется аппарат теории вероятностей.

3) В зависимости от функции, описывающей параметры сигнала:

- непрерывные (аналоговые), описываемые непрерывной функцией;

- дискретные, описываемые функцией отсчётов, взятых в определённые моменты времени;

- квантованные по уровню;

- дискретные сигналы, квантованные по уровню (цифровые).

Аналоговый сигнал. Большинство сигналов имеют аналоговую природу, то есть изменяются непрерывно во времени и могут принимать любые значения на некотором интервале. Аналоговые сигналы описываются некоторой математической функцией времени.

Гармонический сигнал — s(t) = A·cos(ω·t + φ).

Аналоговые сигналы используются в телефонии, радиовещании, телевидении. Ввести такой сигнал в компьютер и обработать его невозможно, так как на любом интервале времени он имеет бесконечное множество значений, а для точного (без погрешности) представления его значения требуются числа бесконечной разрядности. Поэтому необходимо преобразовать аналоговый сигнал так, чтобы можно было представить его последовательностью чисел заданной разрядности.

Дискретный сигнал. Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени. Эти значения называются отсчётами. Δt называется интервалом дискретизации.

Квантованный сигнал. При квантовании вся область значений сигнала разбивается на уровни, количество которых должно быть представлено в числах заданной разрядности. Расстояния между этими уровнями называется шагом квантования  Δ. Число этих уровней равно N (от 0 до N-1). Каждому уровню присваивается некоторое число. Отсчёты сигнала сравниваются с уровнями квантования и в качестве сигнала выбирается число, соответствующее некоторому уровню квантования. Каждый уровень квантования кодируется двоичным числом с n разрядами. Число уровней квантования N и число разрядов n двоичных чисел, кодирующих эти уровни, связаны соотношением n ≥ log₂(N).

Цифровой сигнал. Для того, чтобы представить аналоговый сигнал последовательностью чисел конечной разрядности, его следует сначала превратить в дискретный сигнал, а затем подвергнуть квантованию. Квантование является частным случаем дискретизации, когда дискретизация происходит по одинаковой величине называемой квантом. В результате сигнал будет представлен таким образом, что на каждом заданном промежутке времени известно приближённое (квантованное) значение сигнала, которое можно записать целым числом. Если записать эти целые числа в двоичной системе, получится последовательность нулей и единиц, которая и будет являться цифровым сигналом.

Импульсный сигнал - кратковременный всплеск электрического напряжения или силы тока в определённом, конечном временном промежутке. Импульс вычисляется по формуле:

Форма импульсов

- Прямоугольные импульсы 

- Пилообразные импульсы

- Треугольные импульсы

- Трапецеидальные импульсы

- Экспоненциальные импульсы

- Колокольные (колоколообразные) импульсы

- Импульсы, представляющие собой полуволны или другие фрагменты синусоиды (обрезка по горизонтали или по вертикали)

Кроме импульсов стандартной, простой формы иногда, в особых случаях, используются импульсы специальной формы, описываемой сложной функцией, существуют также сложные импульсы, форма которых имеет в значительной степени случайный характер, например, импульсы видеосигнала.

Параметры импульсов. В общем случае импульсы характеризуются двумя основными параметрами — амплитудой (размахом) и длительностью (обозначается τ или t_и). Длительность пилообразных и треугольных импульсов определяется по основанию (от начала изменения напряжения до конца), для остальных типов импульсов длительность принято брать на уровне напряжения 50 % от амплитуды, для колокольных импульсов иногда используется уровень 10 %, длительность искусственно синтезированных колокольных импульсов (с чётко выраженным основанием) и полуволн синусоиды часто измеряется по основанию.

Примеры применения импульсов:

Одиночные импульсы - разовые команды для управления каким-либо устройством

Периодические последовательности:

• Тактовые импульсы — для синхронизации событий в системе

• Стробирующие импульсы — для периодического разрешения / запрета процессов

• Пилообразные импульсы развёртки (в телевизорах, мониторах, радиолокаторах, осциллографах и т. д.)

• Телевизионный синхросигнал — составляющая аналогового видеосигнала, предназначенная для синхронизации разверток передающего и приемного устройств.

• Импульсы с образцовыми параметрами (амплитуда, длительность, частота и т. д.) на выходе калибраторов средств измерений

• Стимулирующие импульсные сигналы для проверки работоспособности аппаратуры или её узлов

• Стимулирующие сигналы, вырабатываемые медицинскими приборами

Непериодические последовательности:

• Импульсные сигналы измерительной информации

• Псевдослучайные (хаотические) импульсные последовательности для тестирования аппаратуры или каналов связи

Одиночные посылки (серии):

• Набор номера в импульсном телефонном аппарате

• Коды идентификации, аутентификации для электронных замков и т. д.

• Разовая информация в системах сигнализации

Видеоимпульсы

• Аналоговый сигнал изображения в телевизорах, видеомагнитофонах, мониторах

• Эхо-сигнал в приёмных устройствах радиолокаторов и импульсных дефектоскопов