Классификация сигналов электросвязи

По форме различают простые и сложные сигналы.

Простые сигналы представляют собой такие функции времени, которые можно выразить в виде простой математической формулы.

Примеры простых сигналов: гармонические; постоянные; описываемые единичной функцией; описываемые дельта-функцией.

Гармоническими являются сигналы, описываемые функцией синуса или косинуса:

или .

Рисунок 2.1 – Гармоническое колебание.

Параметры: амплитуда ; частота: ,

где ω - угловая частота. Размерность: [ ω ]=рад/с; - циклическая частота.

Размерность: [ f ]=Гц; Т – период. Размерность: [ T ]=с; , -начальная фаза.

Постоянными являются сигналы, значения которых в любой момент времени остаются неизменными: .

Рисунок 2.2 – Постоянный сигнал.

Единичная функция является математическим описанием ступенчатого перепада напряжения или тока:

Рисунок 2.3 – Единичная функция.

Дельта-функция является математическим описанием прямоугольного импульса малой длительности и большой амплитуды:

Рисунок 2.4 – Дельта-функция.

Сложные сигналы представляют собой такие функции времени, которые трудно выразить в виде простой математической формулы. Сложный сигнал может быть представлен совокупностью элементарных (простых) сигналов в виде обобщенного ряда Фурье:

,

где - коэффициенты разложения, зависящие от сигнала ;

- базисные функции – функции, имеющие простое аналитическое выражение, позволяющие легко вычислить коэффициенты и обеспечивающие быструю сходимость ряда к сигналу . В электросвязи наибольшее применение в качестве базисных функций получили гармонические колебания.

Примеры сложных сигналов: импульсные; используемые для представления сообщений.

Импульсными являются сигналы, отличные от нуля в течение ограниченного времени. Наибольшее применение находят одиночные прямоугольные импульсы (ОПИ) и периодические последовательности прямоугольных импульсов (ПППИ).

Рисунок 2.5 – ПППИ.

Параметры: А_m – амплитуда; τ – длительность импульса; Т – период;

q=T/τ – скважность.

Рисунок 2.6 – Реальный импульс прямоугольной формы.

Параметры: А_m – амплитуда; τ – длительность импульса; τ_а – активная длительность импульса; τ_ф – длительность фронта; τ_c – длительность спада.

По информативности различают детерминированные и случайные сигналы.

Детерминированными называют сигналы, мгновенные значения которых в любые моменты времени заранее известны. Для их математического описания служат детерминированные математические модели. Такие сигналы не являются переносчиками информации. Используются в качестве несущих колебаний для получения модулированных сигналов, испытательных сигналов для испытаний системы связи или отдельных ее элементов.

Примеры детерминированных сигналов: гармонические сигналы с известными параметрами; импульсы с известными формой и параметрами.

Различают следующие типы детерминированных сигналов:

- периодические – сигналы, мгновенные значения которых повторяются через определенные равные промежутки времени, называемые периодом;

- непериодические – сигналы, которые появляются только один раз и более не повторяются.

Случайными называют сигналы, мгновенные значения которых в любые моменты времени заранее не известны. Для их математического описания служат вероятностные математические модели. Только случайные сигналы являются переносчиками информации. Реальные сигналы всегда случайны.

Примеры случайных сигналов: телеграфные, телефонные, радиовещательные, факсимильные, телевизионные, передачи данных.

По характеристикам различают четыре вида сигналов:

- непрерывные по уровню и по времени (сокращенно непрерывные или аналоговые). Принимают любые значения в некотором интервале и изменяются в произвольные моменты времени;

Рисунок 2.7 – Непрерывный сигнал.

- непрерывные по уровню, дискретные по времени (сокращенно дискретные по времени). Принимают произвольные значения в некотором интервале, но изменяются только в определенные, наперед заданные (дискретные) моменты времени;

Рисунок 2.8 – Дискретный по времени сигнал.

- дискретные по уровню, непрерывные по времени (сокращенно дискретные по уровню). Принимают только разрешенные (дискретные) значения в произвольные моменты времени;

Рисунок 2.9 – Дискретный по уровню сигнал.

- дискретные по уровню и по времени (сокращенно дискретные). Принимают только дискретные значения в дискретные моменты времени.

Рисунок 2.10 – Дискретный сигнал.

Цифровые сигналы – разновидность дискретных сигналов, когда разрешенные уровни некоторого исходного дискретного сигнала представлены в виде цифр. В системах связи применяются двоичные, троичные, четверичные и т.д. n -ичные цифровые сигналы.

Рисунок 2.11 – Двоичный цифровой сигнал.