Формирование и передача сигналов
Комплект слайдов к лекциям студентам, обучающимся
по специальности «Эксплуатация транспортного радиооборудования»
Требования государственного образовательного стандарта
к содержанию дисциплины
Стандарт 2000г. (специальность 201300)
Элементы теории кодирования, элементы теории информации, основы теории модуляции, спектральный анализ модулированных сигналов, основные виды и модели каналов передачи информации, передающие устройства СВЧ диапазона, возбудители колебаний, схемотехника передающих устройств.
Стандарт 2010 г. (специальность 162107)
Основы теории построения устройств формирования и передачи сигналов, методы синтеза таких устройств с заданными характеристиками.
2012г
Сигналы и их классификация
Сигнал («signum» , знак) – процесс изменения во времени физической величины, несущей сообщение о состоянии какого-либо объекта.
В курсе рассматриваются электрические сигналы, передаваемые радиоволной или электрическим током по проводным линиям
Применения электрических сигналов:
- передача информации (радиосвязь, радиовещание, телевидение, радиоуправление, телеметрия, телеграф, факсимильная связь, передача данных),
- извлечение информации (радиолокация, радионавигация, радиоастрономия, радиоразведка),
- разрушение информации (постановка помех противником).
Виды сигналов:
- детерминированные – случайные (стохастические),
- периодические – непериодические,
- непрерывные, дискретные по времени, дискретные по уровню, цифровые,
- первичные – вторичные (сформированные из первичных сигналов с целью наиболее успешной передачи сигнала по линии связи),
- видеоимпульсы – радиоимпульсы (с заполнением несущей частотой):
Основные характеристики сигнала:
– частотный диапазон F,
– динамический диапазон D = 10lg(Pmax/Pmin)=20lg(Umax/Umin),
– пик-фактор Q = 10lg(Pmax/Pсредн),
– длительность сигнала Т.
Объем сигнала V = FTD характеризует возможности сигнала для передачи информации.
Преимущества цифровых систем:
– высокая помехоустойчивость, возможность регенерации искаженного сигнала,
– простота и универсальность цифровой аппаратуры по сравнению с аналоговой,
– возможность точной реализации сложных алгоритмов формирования сигналов.
Примеры первичных сигналов систем электросвязи
Речевой сигнал = основной тон + гармоники (до 40) + шум.
Частота основного тона (от 50-80 Гц до 200-250 Гц) меняется при разговоре. Области частот повышенной мощности называют формантами. Разные звуки имеют 2 – 4 форманта.
Частотный диапазон звуковых сигналов:
Телевизионный сигнал образуется из сигналов яркости, цветности и синхронизации по строкам и кадрам. Оценка частотной полосы сигнала яркости:
Этапы формирования сигнала в аналоговой системе радиосвязи
Размеры антенны, обеспечивающей достаточную мощность излучения,
должны быть, как минимум, порядка 0,1 длины волны
(f = 30 МГц, λ = c/f = 10 м)
Для передачи по радиоканалу выполняется «полосовая» модуляция: первичный сигнал изменяет амплитуду, частоту или фазу высокочастотного «несущего» колебания,
Исторически первым был метод амплитудной модуляции.
Пример осциллограммы сигналов с амплитудной модуляцией
Состав цифровой системы связи
Линия связи («канал», channel) – среда распространения сигнала.
Канал связи (communication link) – часть системы, определяющая технические характеристики системы.
Основные требования к системе связи:
- высокая скорость передачи сообщений, измеряемая в бит/c или бодах,
- многоканальность,
- малая вероятность ошибки передаваемых символов,
- низкая, по возможности, мощность передатчика,
- узкая частотная полоса,
- защита от несанкционированного доступа,
- простая аппаратная реализация.
Противоречивость требований к системе:
чем выше скорость передачи сигналов – тем шире спектр,
чем меньше мощность сигнала – тем больше вероятность ошибки.
Объем канала V = F T D
(частотная полоса, длительность, динамический диапазон)