Структурная схема канала связи. Схемные решения AM модуляторов. Расчет статической модуляционной характеристики, страница 10

4 ТЕОРИЯ СИГНАЛОВ

В технике связи электрические сигналы подразделяются на:

а)                     детерминированные (определенные):

1)  периодические;

2)  непериодические;

б)                     случайные.

Детерминированные    сигналы    описываются    вполне    определенными функциями как непрерывного аргумента (например, sin ω₀t) так и дискретного

(импульсные сигналы, существующие на определенном интервале времени). Если импульс однократный (его период стремится к бесконечности), то это непериодический сигнал.

Форма сигнала может быть любая, рисунок 4.1.

Рисунок 4.1

Случайные сигналы являются функцией двух аргументов: амплитуды и времени. Их появление в тот или иной отрезок времени, как и их величина (амплитуда) может быть подсчитана только с точки зрения статистической обработки и оценивается вероятностью появления. При этом достоверное событие «А» имеет Р(А) = 1, а вероятность недостоверного события В Р(В) → 0. Если даже передатчик в Москве излучает вполне определенный сигнал с известной амплитудой U_m, то в точке приема (Хабаровске) его амплитуда в каждой момент времени случайна из-за множества влияющих на прохождение сигнала   факторов.   Помимо   этого,   в   любой   момент   времени   на   сигнал накладываются помехи, имеющие неопределенную фазу и амплитуду, да и сама

полезная информация в каждый момент времени другая: периодическое повторение одной фразы (музыкального звука) не несет информации. В общем случае все электрические сигналы – случайные процессы. Периодические (детерминированные) сигналы – это тесты (испытательные сигналы). Поэтому необходимо научиться описывать самые различные сигналы и находить их энергетические характеристики при различных преобразованиях в тракте, что позволит оптимизировать (выбрать наилучший) вариант построения схемы. Инженеру необходимо освоить методы математической оценки (измерения) сигналов, скорости передачи информации, ее помехоустойчивости и даже, как не парадоксально это звучит, измерять количество информации. Только освоив эти методы математического представления всех этих величин, можно разработать алгоритм (правило обработки) оптимального построения канала связи. Написав конечное математическое отображение задачи в виде операций (+, –, , , дифференцирование, интегрирование), можно собрать радиотехническую схему из блоков суммирования, отрицания, умножения, деления, дифференцирования или интегрирования, которые имеются в готовом виде в виде ИМС (интегральных микросхем).

4.1 Периодические сигналы

Для описания любых по форме сигналов математикой предложено множество методов, из которых радиоинженеры наиболее часто используют спектральное представление или разложение сигнала U(t) в ряд Фурье:

, где а₀ – уровень постоянной составляющей,

.

Т.е. представляют любой сигнал U(t) в виде набора синусоид и косинусоид с определенными амплитудами. Радиоинженеры обычно сворачивают эту функцию в виде:

,

(4.1)

где – спектр амплитуд;

– спектр фаз;

 – первая гармоника колебаний.

Эти представления более удобны:

-  спектр амплитуд характеризует полосу частот, которую занимает данный сигнал;

-  спектр фаз – поведение ФЧХ сигнала.

Спектральное – частотное представление сигналов впервые заметили и описали музыканты, обратив внимание, что каждый человек (или инструмент) излучает не только одну амплитуду, но определенное их сочетание на различных частотах. Если в голосе много низких частот – то это бас, высоких – тенор. Точно также различаются и женские голоса, только характер их спектра иной, (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2

У женщин амплитудный спектр растет с частотой. Но даже два одинаковых певца отличаются по тембру звучания, а радиоинженеры говорят – по фазе.

Музыканты    оценивают   спектр    акустических   колебаний   в    октавах