Diskrete Signale entstehen natürlich in Fällen, in denen die Nachrichtenquelle Informationen zu festgelegten Zeitpunkten bereitstellt. Ein Beispiel sind Informationen über die Lufttemperatur, die mehrmals täglich von Rundfunkanstalten übermittelt werden. Die Eigenschaft eines diskreten Signals kommt hier besonders deutlich zum Ausdruck: In den Pausen zwischen den Nachrichten gibt es keine Informationen über die Temperatur. Tatsächlich ändert sich die Lufttemperatur im Laufe der Zeit gleichmäßig, sodass die Messergebnisse aus der Abtastung eines kontinuierlichen Signals entstehen – ein Vorgang, der die Referenzwerte aufzeichnet.

Diskrete Signale haben in den letzten Jahrzehnten durch Fortschritte in der Kommunikationstechnik und die Entwicklung von Methoden zur Informationsverarbeitung mit Hochgeschwindigkeitsrechengeräten besondere Bedeutung erlangt. Bei der Entwicklung und Nutzung spezieller Geräte zur Verarbeitung diskreter Signale, den sogenannten digitalen Filtern, wurden große Fortschritte erzielt.

Dieses Kapitel widmet sich der Betrachtung der Prinzipien der mathematischen Beschreibung diskreter Signale sowie der theoretischen Grundlagen für den Aufbau linearer Geräte zu deren Verarbeitung.

15.1. Diskrete Signalmodelle

Die Unterscheidung zwischen diskreten und analogen (kontinuierlichen) Signalen wurde in Kap. 1 bei der Klassifizierung von Funksignalen. Erinnern wir uns an die Haupteigenschaft eines diskreten Signals: Seine Werte werden nicht zu jedem Zeitpunkt bestimmt, sondern nur an einer zählbaren Menge von Punkten. Wenn ein analoges Signal ein mathematisches Modell der Form einer kontinuierlichen oder stückweise kontinuierlichen Funktion hat, dann ist das entsprechende diskrete Signal jeweils eine Folge von Abtastsignalwerten an Punkten.

Probenahmesequenz.

In der Praxis werden in der Regel Abtastwerte diskreter Signale in einem gleichen Intervall A, dem so genannten Abtastintervall (Schritt), zeitlich erfasst:

Der Abtastvorgang, also der Übergang von einem analogen Signal zu einem diskreten Signal, kann durch die Einführung der verallgemeinerten Funktion beschrieben werden

wird als Sampling-Sequenz bezeichnet.

Offensichtlich ist ein diskretes Signal eine Funktion (siehe Kapitel 1), die auf der Menge aller möglichen analogen Signale definiert ist und dem Skalarprodukt der Funktion entspricht

Formel (15.3) zeigt den Weg zur praktischen Umsetzung eines Geräts zum Abtasten eines analogen Signals. Die Funktionsweise des Samplers basiert auf der Gating-Operation (siehe Kapitel 12) – Multiplikation des verarbeiteten Signals und der „Kamm“-Funktion. Da die Dauer der einzelnen Impulse, aus denen die Abtastsequenz besteht, Null ist, sind Abtastwerte von Das verarbeitete analoge Signal erscheint in gleichmäßigen Zeitabständen am Ausgang eines idealen Samplers.

Reis. 15.1. Strukturschema Pulsmodulator

Modulierte Pulssequenzen.

Diskrete Signale wurden bereits in den 40er Jahren bei der Entwicklung von Funksystemen mit Pulsmodulation eingesetzt. Der Unterschied zu dieser Modulationsart besteht darin, dass anstelle eines harmonischen Signals eine periodische Folge kurzer Impulse als „Trägerschwingung“ dient.

Ein Pulsmodulator (Abb. 15.1) ist ein Gerät mit zwei Eingängen, von denen einer das ursprüngliche Analogsignal und der andere Eingang kurze Synchronimpulse mit einem Wiederholungsintervall empfängt. Der Modulator ist so aufgebaut, dass im Moment des Anlegens jedes Synchronimpulses der Momentanwert des Signals x(t) gemessen wird. Am Ausgang des Modulators erscheint eine Folge von Impulsen, deren Fläche proportional zum entsprechenden Referenzwert des Analogsignals ist.

Das Signal am Ausgang des Pulsmodulators wird als modulierte Pulssequenz (MPS) bezeichnet. Natürlich ist das diskrete Signal ein mathematisches Modell des MIP.

Beachten Sie, dass die Art der Impulse, aus denen sich das MIP zusammensetzt, grundsätzlich gleichgültig ist. Insbesondere können diese Impulse die gleiche Dauer haben, während ihre Amplitude proportional zu den Abtastwerten des abgetasteten Signals ist. Diese Art der kontinuierlichen Signalumwandlung wird Pulsamplitudenmodulation (PAM) genannt. Eine andere Methode ist möglich – Pulsweitenmodulation (PWM). Dabei sind die Amplituden der Impulse am Modulatorausgang konstant und ihre Dauer (Breite) ist proportional zu den Momentanwerten der analogen Schwingung.

Die Wahl des einen oder anderen Pulsmodulationsverfahrens wird durch eine Reihe technischer Überlegungen, die Zweckmäßigkeit der Schaltungsimplementierung sowie die charakteristischen Merkmale der übertragenen Signale bestimmt. Beispielsweise ist die Verwendung von AIM ungeeignet, wenn das Nutzsignal in sehr weiten Grenzen schwankt, d. h., wie oft gesagt wird, ein breites Spektrum aufweist Dynamikbereich. Zur unverzerrten Übertragung eines solchen Signals ist ein Sender mit streng linearem Amplitudenverlauf erforderlich. Die Schaffung eines solchen Senders ist technisch unabhängig komplexes Problem. PWM-Systeme stellen keine Anforderungen an die Linearität der Amplitudeneigenschaften des Sendegeräts. Allerdings kann ihre Schaltungsimplementierung im Vergleich zu AIM-Systemen etwas komplexer sein.

Ein mathematisches Modell eines idealen MIP kann wie folgt erhalten werden. Betrachten wir die Formel für die dynamische Darstellung eines Signals (siehe Kapitel 1):

Da der MIP nur punktuell definiert ist, sollte die Integration in Formel (15.4) durch Summation über Index k ersetzt werden. Die Rolle des Differentials wird durch das Abtastintervall (Schritt) gespielt. Dann wird das mathematische Modell einer modulierten Impulsfolge, die aus unendlich kurzen Impulsen besteht, durch den Ausdruck gegeben

wo sind Beispielwerte des analogen Signals.

Spektrale Dichte einer modulierten Pulssequenz.

Untersuchen wir das Spektrum des Signals, das am Ausgang eines idealen Pulsmodulators entsteht und durch den Ausdruck (15.5) beschrieben wird.

Beachten Sie, dass ein Signal vom Typ MIP bis zum Proportionalitätskoeffizienten A gleich dem Produkt aus Funktion und Abtastfolge ist

Es ist bekannt, dass das Spektrum des Produkts zweier Signale proportional zur Faltung ihrer spektralen Dichten ist (siehe Kapitel 2). Daher sind die Korrespondenzgesetze zwischen Signalen und Spektren bekannt:

dann die spektrale Dichte des MIP-Signals

Um die spektrale Dichte der Abtastsequenz zu ermitteln, erweitern wir die periodische Funktion in eine komplexe Fourier-Reihe:

Die Koeffizienten dieser Reihe

Wenden wir uns der Formel (2.44) zu, erhalten wir

das heißt, das Spektrum der Abtastsequenz besteht aus einer unendlichen Ansammlung von Deltaimpulsen im Frequenzbereich. Diese spektrale Dichte ist eine periodische Funktion mit einer Periode

Wenn wir schließlich die Formel (15.8) in (15.7) einsetzen und die Reihenfolge der Integrations- und Summationsoperationen ändern, finden wir

Das Spektrum des Signals, das als Ergebnis einer idealen Abtastung mit unendlich kurzen Gate-Impulsen erhalten wird, ist also die Summe einer unendlichen Anzahl von „Kopien“ des Spektrums des ursprünglichen analogen Signals. Kopien befinden sich auf der Frequenzachse in gleichen Abständen, die dem Wert der Kreisfrequenz der ersten Harmonischen der Abtastimpulsfolge entsprechen (Abb. 15.2, a, b).

Reis. 15.2. Spektrale Dichte einer modulierten Pulssequenz bei verschiedenen Werten der oberen Grenzfrequenz: a – die obere Grenzfrequenz ist hoch; b – die obere Grenzfrequenz ist niedrig (die Farbe zeigt die Spektraldichte des Originalsignals an, das der Abtastung unterzogen wurde)

Rekonstruktion eines kontinuierlichen Signals aus einer modulierten Pulssequenz.

Im Folgenden gehen wir davon aus, dass das reale Signal ein niederfrequentes Spektrum aufweist, das symmetrisch zum Punkt ist und durch die obere Grenzfrequenz begrenzt ist. 15.2, b Daraus folgt, dass wenn , dann überlappen sich einzelne Kopien des Spektrums nicht.

Daher kann ein analoges Signal mit einem solchen Spektrum, das einer Impulsabtastung unterzogen wird, mithilfe eines idealen Tiefpassfilters, dessen Eingang eine Impulsfolge der Form (15.5) ist, völlig genau wiederhergestellt werden. In diesem Fall beträgt das größte zulässige Abtastintervall, was mit dem Satz von Kotelnikov übereinstimmt.

Angenommen, der Filter, der ein kontinuierliches Signal wiederherstellt, hat einen Frequenzübertragungskoeffizienten

Die Impulsantwort dieses Filters wird durch den Ausdruck beschrieben

Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass das MIP-Signal der Form (15.5) eine gewichtete Summe von Deltaimpulsen ist, finden wir die Antwort am Ausgang des Rekonstruktionsfilters

Dieses Signal wiederholt bis zu einem Skalierungsfaktor die ursprüngliche Schwingung mit einem begrenzten Spektrum.

Ein idealer Tiefpassfilter ist physikalisch nicht realisierbar und kann nur als theoretisches Modell zur Erklärung des Prinzips der Rekonstruktion einer Nachricht aus ihren diskreten Impulsabtastwerten dienen. Ein echter Tiefpassfilter hat einen Frequenzgang, der entweder mehrere Keulen des MIP-Spektraldiagramms abdeckt oder, wenn er sich in der Nähe der Nullfrequenz konzentriert, deutlich schmaler ausfällt als die zentrale Keule des Spektrums. Zum Beispiel in Abb. Abbildung 15.3, b-f zeigt Kurven, die das Signal am Ausgang der RC-Schaltung charakterisieren, die als Rekonstruktionsfilter verwendet wird (Abb. 15.3, a).

Reis. 15.3. Rekonstruktion eines kontinuierlichen Signals aus seinen Impulsproben mithilfe einer RC-Schaltung: a - Filterschaltung; b – diskretes Eingangssignal; c, d – Frequenzgang des Filters und des Signals an seinem Ausgang im Fall von ; d, e - das Gleiche für den Fall

Aus den obigen Diagrammen ist ersichtlich, dass ein echter Rekonstruktionsfilter zwangsläufig die Eingangsschwingung verzerrt.

Beachten Sie, dass Sie zur Rekonstruktion des Signals entweder die zentrale oder eine beliebige Nebenkeule des Spektraldiagramms verwenden können.

Bestimmung des Spektrums eines analogen Signals aus einer Reihe von Proben.

Mit der MIP-Darstellung können Sie nicht nur das analoge Signal wiederherstellen, sondern auch seine spektrale Dichte ermitteln. Dazu sollten Sie zunächst die spektrale Dichte des SMIP direkt mit den Referenzwerten verbinden:

(15.13)

Diese Formel löst das unter der oben genannten Einschränkung gestellte Problem umfassend.

Signale sind Informationscodes, mit denen Menschen Nachrichten übermitteln Informationssystem. Das Signal kann gegeben werden, es ist jedoch nicht notwendig, es zu empfangen. Während eine Nachricht nur als ein Signal (oder eine Reihe von Signalen) betrachtet werden kann, das vom Empfänger empfangen und dekodiert wurde (analog und Digitalsignal).

Eine der ersten Methoden zur Übermittlung von Informationen ohne Beteiligung von Menschen oder anderen Lebewesen waren Signalfeuer. Bei Gefahr wurden nacheinander von einem Pfosten zum anderen Feuer entzündet. Als nächstes betrachten wir die Methode der Informationsübertragung mithilfe elektromagnetischer Signale und gehen ausführlich auf das Thema ein analoges und digitales Signal.

Jedes Signal kann als Funktion dargestellt werden, die Änderungen seiner Eigenschaften beschreibt. Diese Darstellung ist praktisch für das Studium von Geräten und Systemen der Funktechnik. Neben dem Signal gibt es in der Funktechnik auch Rauschen, das dessen Alternative darstellt. Rauschen überträgt keine nützlichen Informationen und verzerrt das Signal, indem es mit ihm interagiert.

Das Konzept selbst ermöglicht es, bei der Betrachtung von Phänomenen im Zusammenhang mit der Kodierung und Dekodierung von Informationen von bestimmten physikalischen Größen zu abstrahieren. Das mathematische Modell des Signals in der Forschung ermöglicht es, sich auf die Parameter der Zeitfunktion zu verlassen.

Signaltypen

Signale, die auf der physikalischen Umgebung des Informationsträgers basieren, werden in elektrische, optische, akustische und elektromagnetische Signale unterteilt.

Je nach Einstellungsmethode kann das Signal regelmäßig oder unregelmäßig sein. Ein reguläres Signal wird als deterministische Funktion der Zeit dargestellt. Ein unregelmäßiges Signal wird in der Funktechnik durch eine chaotische Zeitfunktion dargestellt und durch einen probabilistischen Ansatz analysiert.

Signale können je nach der Funktion, die ihre Parameter beschreibt, analog oder diskret sein. Ein diskretes Signal, das quantisiert wurde, wird als digitales Signal bezeichnet.

Signalverarbeitung

Analoge und digitale Signale werden verarbeitet und weitergeleitet, um im Signal kodierte Informationen zu senden und zu empfangen. Sobald Informationen extrahiert wurden, können sie für verschiedene Zwecke verwendet werden. In besonderen Fällen werden Informationen formatiert.

Analoge Signale werden verstärkt, gefiltert, moduliert und demoduliert. Digitale Daten können auch einer Komprimierung, Erkennung usw. unterliegen.

Analogsignal

Unsere Sinne nehmen alle in sie eintretenden Informationen analog wahr. Wenn wir beispielsweise ein Auto vorbeifahren sehen, sehen wir, wie es sich kontinuierlich bewegt. Wenn unser Gehirn alle 10 Sekunden Informationen über seine Position erhalten könnte, würden Menschen ständig überfahren. Aber wir können Entfernungen viel schneller abschätzen und diese Entfernung ist zu jedem Zeitpunkt klar definiert.

Mit anderen Informationen passiert absolut das Gleiche, wir können jederzeit die Lautstärke beurteilen, den Druck spüren, den unsere Finger auf Gegenstände ausüben usw. Mit anderen Worten: Fast alle Informationen, die in der Natur vorkommen können, sind vorhanden analoge Ansicht. Der einfachste Weg, solche Informationen zu übertragen, sind analoge Signale, die kontinuierlich und jederzeit definiert sind.

Um zu verstehen, wie ein analoges elektrisches Signal aussieht, können Sie sich ein Diagramm vorstellen, das auf der vertikalen Achse die Amplitude und auf der horizontalen Achse die Zeit anzeigt. Wenn wir beispielsweise die Temperaturänderung messen, erscheint in der Grafik eine durchgehende Linie, die den Wert zu jedem Zeitpunkt anzeigt. Um ein solches Signal zu übertragen, verwenden Sie elektrischer Strom, müssen wir den Temperaturwert mit dem Spannungswert vergleichen. So können beispielsweise 35,342 Grad Celsius als Spannung von 3,5342 V kodiert werden.

Analoge Signale wurden früher in allen Arten der Kommunikation verwendet. Um Störungen zu vermeiden, muss ein solches Signal verstärkt werden. Je höher der Rauschpegel, also die Interferenz, desto stärker muss das Signal verstärkt werden, damit es verzerrungsfrei empfangen werden kann. Bei dieser Methode der Signalverarbeitung wird viel Energie verbraucht, um Wärme zu erzeugen. In diesem Fall kann das verstärkte Signal selbst Störungen für andere Kommunikationskanäle verursachen.

Heutzutage werden im Fernsehen und Radio noch analoge Signale verwendet, um das Eingangssignal in Mikrofone umzuwandeln. Aber im Allgemeinen wird diese Art von Signal überall durch digitale Signale ersetzt oder ersetzt.

Digitalsignal

Ein digitales Signal wird durch eine Folge digitaler Werte dargestellt. Die heute am häufigsten verwendeten Signale sind binäre Digitalsignale, da sie in der Binärelektronik verwendet werden und einfacher zu kodieren sind.

Im Gegensatz zum vorherigen Signaltyp hat ein digitales Signal zwei Werte „1“ und „0“. Erinnern wir uns an unser Beispiel mit der Temperaturmessung, dann wird das Signal anders erzeugt. Entspricht die vom Analogsignal gelieferte Spannung dem Wert der gemessenen Temperatur, so wird im Digitalsignal für jeden Temperaturwert eine bestimmte Anzahl von Spannungsimpulsen geliefert. Der Spannungsimpuls selbst ist gleich „1“ und das Fehlen von Spannung ist „0“. Das Empfangsgerät dekodiert die Impulse und stellt die Originaldaten wieder her.

Nachdem wir uns vorgestellt haben, wie ein digitales Signal in einem Diagramm aussehen würde, werden wir sehen, dass der Übergang von Null zum Maximum abrupt ist. Diese Funktion ermöglicht es dem Empfangsgerät, das Signal klarer zu „sehen“. Sollten Störungen auftreten, ist es für den Empfänger einfacher, das Signal zu dekodieren als bei der analogen Übertragung.

Es ist jedoch unmöglich, ein digitales Signal mit einem sehr hohen Rauschpegel zu rekonstruieren analoger Typ Bei einer großen Verzerrung besteht immer noch die Möglichkeit, die Informationen „herauszufischen“. Dies ist auf den Klippeneffekt zurückzuführen. Der Kern des Effekts besteht darin, dass digitale Signale über bestimmte Entfernungen übertragen werden können und dann einfach aufhören. Dieser Effekt tritt überall auf und wird durch einfache Regenerierung des Signals behoben. Wo das Signal unterbrochen wird, müssen Sie einen Repeater einfügen oder die Länge der Kommunikationsleitung reduzieren. Der Repeater verstärkt das Signal nicht, sondern erkennt seine ursprüngliche Form und erstellt eine exakte Kopie davon und kann beliebig im Stromkreis verwendet werden. Solche Signalwiederholungsverfahren werden in Netzwerktechnologien aktiv eingesetzt.

Analoge und digitale Signale unterscheiden sich unter anderem auch in der Fähigkeit, Informationen zu kodieren und zu verschlüsseln. Dies ist einer der Gründe für den Übergang Mobile Kommunikation„digitalisieren“.

Analoge und digitale Signale sowie Digital-Analog-Wandlung

Es gibt noch etwas mehr darüber zu sagen, wie analoge Informationen übertragen werden digitale Kanäle Kommunikation. Lassen Sie uns noch einmal Beispiele verwenden. Wie bereits erwähnt, ist Ton ein analoges Signal.

Was passiert in Mobiltelefonen, die Informationen über digitale Kanäle übertragen?

Der in das Mikrofon eintretende Ton wird einer Analog-Digital-Umwandlung (ADC) unterzogen. Dieser Prozess besteht aus 3 Schritten. Einzelne Signalwerte werden in gleichen Zeitabständen erfasst, ein Vorgang, der Sampling genannt wird. Nach dem Satz von Kotelnikov zur Kanalkapazität sollte die Häufigkeit der Annahme dieser Werte doppelt so hoch sein wie die der meisten Hochfrequenz Signal. Das heißt, wenn unser Kanal eine Frequenzgrenze von 4 kHz hat, beträgt die Abtastfrequenz 8 kHz. Anschließend werden alle ausgewählten Signalwerte gerundet, also quantisiert. Je mehr Pegel erzeugt werden, desto höher ist die Genauigkeit des rekonstruierten Signals am Empfänger. Alle Werte werden dann in Binärcode umgewandelt, der an übertragen wird Basisstation und erreicht dann einen anderen Teilnehmer, der der Empfänger ist. Im Telefon des Empfängers findet eine Digital-Analog-Umwandlung (DAC) statt. Hierbei handelt es sich um ein umgekehrtes Verfahren, dessen Ziel es ist, am Ausgang ein möglichst identisches Signal wie das Original zu erhalten. Als nächstes wird das analoge Signal in Form von Ton über den Telefonlautsprecher ausgegeben.

Jeden Tag werden Menschen mit der Nutzung konfrontiert elektronische Geräte. Ohne sie ist das moderne Leben nicht möglich. Schließlich geht es um Fernsehen, Radio, Computer, Telefon, Multikocher und so weiter. Bisher, noch vor wenigen Jahren, dachte niemand darüber nach, welches Signal in jedem Arbeitsgerät verwendet wurde. Nun gibt es die Wörter „analog“, „digital“, „diskret“ schon seit langem. Einige der aufgeführten Signaltypen sind von hoher Qualität und zuverlässig.

Die digitale Übertragung kam erst viel später zum Einsatz als die analoge. Dies liegt daran, dass ein solches Signal viel einfacher zu warten ist und die Technologie damals noch nicht so verbessert war.

Jeder Mensch begegnet dem Begriff „Diskretheit“ ständig. Wenn Sie dieses Wort aus dem Lateinischen übersetzen, bedeutet es „Diskontinuität“. Wenn wir weit in die Wissenschaft eintauchen, können wir sagen, dass ein diskretes Signal eine Methode zur Informationsübertragung ist, die eine zeitliche Änderung des Trägermediums impliziert. Letzteres nimmt jeden möglichen Wert an. Jetzt tritt die Diskretion in den Hintergrund, nachdem die Entscheidung getroffen wurde, Systeme auf einem Chip zu produzieren. Sie sind ganzheitlich und alle Komponenten interagieren eng miteinander. Bei der Diskretion ist alles genau umgekehrt – jedes Detail wird durch spezielle Kommunikationsleitungen vervollständigt und mit anderen verbunden.

Signal

Das Signal stellt dar Sondercode, die von einem oder mehreren Systemen in den Weltraum übertragen wird. Diese Formulierung ist allgemein.

Im Bereich der Information und Kommunikation ist ein Signal ein spezieller Datenträger, der zur Übermittlung von Nachrichten verwendet wird. Es kann erstellt, aber nicht akzeptiert werden; die letztgenannte Bedingung ist nicht notwendig. Wenn es sich bei dem Signal um eine Nachricht handelt, wird das „Abfangen“ als notwendig erachtet.

Der beschriebene Code wird durch eine mathematische Funktion spezifiziert. Es charakterisiert alle möglichen Parameteränderungen. In der Theorie der Funktechnik gilt dieses Modell als grundlegend. Darin wurde Rauschen als Analogon des Signals bezeichnet. Es stellt eine Funktion der Zeit dar, die frei mit dem übertragenen Code interagiert und ihn verzerrt.

Der Artikel beschreibt die Signaltypen: diskret, analog und digital. Die grundlegende Theorie zum beschriebenen Thema wird ebenfalls kurz dargelegt.

Arten von Signalen

Es stehen mehrere Signale zur Verfügung. Schauen wir uns an, welche Arten es gibt.

1. Basierend auf dem physikalischen Medium des Datenträgers werden sie in elektrische, optische, akustische und elektromagnetische Signale unterteilt. Es gibt mehrere andere Arten, die jedoch wenig bekannt sind.
2. Je nach Einstellungsmethode werden Signale in regelmäßige und unregelmäßige Signale unterteilt. Die ersten sind deterministische Methoden der Datenübertragung, die durch eine analytische Funktion spezifiziert werden. Zufällige werden mithilfe der Wahrscheinlichkeitstheorie formuliert und nehmen auch zu unterschiedlichen Zeitpunkten beliebige Werte an.
3. Abhängig von den Funktionen, die alle Signalparameter beschreiben, können Datenübertragungsmethoden analog, diskret, digital (eine im Pegel quantisierte Methode) sein. Sie dienen der Stromversorgung vieler Elektrogeräte.

Nun kennt der Leser alle Arten der Signalübertragung. Es wird für niemanden schwierig sein, sie zu verstehen. Die Hauptsache ist, ein wenig nachzudenken und sich an den Physikkurs in der Schule zu erinnern.

Warum wird das Signal verarbeitet?

Das Signal wird verarbeitet, um darin verschlüsselte Informationen zu senden und zu empfangen. Sobald es extrahiert ist, kann es auf vielfältige Weise verwendet werden. In einigen Situationen wird es neu formatiert.

Es gibt noch einen weiteren Grund für die Verarbeitung aller Signale. Es besteht aus einer leichten Komprimierung der Frequenzen (um die Informationen nicht zu beschädigen). Danach wird es formatiert und mit langsamer Geschwindigkeit übertragen.

Bei analogen und digitalen Signalen kommen spezielle Techniken zum Einsatz. Insbesondere Filterung, Faltung, Korrelation. Sie sind notwendig, um das Signal wiederherzustellen, wenn es beschädigt ist oder Rauschen aufweist.

Schöpfung und Bildung

Zur Erzeugung von Signalen ist häufig ein Analog-Digital-Wandler (ADC) erforderlich. Meistens werden beide nur in Situationen verwendet, in denen DSP-Technologien zum Einsatz kommen. In anderen Fällen genügt die Verwendung eines DAC.

Bei der Erstellung physischer analoger Codes unter weiterer Nutzung digitaler Methoden stützen sie sich auf die empfangenen Informationen, die von speziellen Geräten übertragen werden.

Dynamikbereich

Sie wird aus der Differenz zwischen der höheren und der niedrigeren Lautstärke berechnet und in Dezibel ausgedrückt. Es kommt ganz auf die Arbeit und die Charakteristika der Aufführung an. Wir sprechen sowohl über Musiktitel als auch über gewöhnliche Dialoge zwischen Menschen. Nehmen wir zum Beispiel einen Ansager, der die Nachrichten vorliest, dann schwankt sein Dynamikumfang um 25-30 dB. Und beim Lesen jeglicher Arbeit kann der Schallpegel auf bis zu 50 dB ansteigen.

Analogsignal

Ein analoges Signal ist eine zeitkontinuierliche Methode der Datenübertragung. Sein Nachteil ist das Vorhandensein von Rauschen, das manchmal zu einem vollständigen Informationsverlust führt. Sehr oft kommt es zu Situationen, in denen es unmöglich ist, festzustellen, wo sich die wichtigen Daten im Code befinden und wo es zu gewöhnlichen Verzerrungen kommt.

Das liegt daran digitale Verarbeitung Signale erfreuen sich großer Beliebtheit und ersetzen nach und nach die analogen Signale.

Digitalsignal

Ein digitales Signal ist etwas Besonderes; es wird durch diskrete Funktionen beschrieben. Seine Amplitude kann einen bestimmten, von den bereits angegebenen Werten abweichenden Wert annehmen. Wenn ein analoges Signal mit großem Rauschen ankommen kann, filtert ein digitales Signal den größten Teil des empfangenen Rauschens heraus.

Darüber hinaus überträgt diese Art der Datenübertragung Informationen ohne unnötige semantische Belastung. Über einen physikalischen Kanal können mehrere Codes gleichzeitig gesendet werden.

Es gibt keine Arten von digitalen Signalen, da es sich um eine separate und unabhängige Methode der Datenübertragung handelt. Es stellt einen binären Stream dar. Heutzutage gilt dieses Signal als das beliebteste. Dies liegt an der Benutzerfreundlichkeit.

Anwendung eines digitalen Signals

Wie unterscheidet sich ein digitales elektrisches Signal von anderen? Die Tatsache, dass er in der Lage ist, im Repeater eine vollständige Regeneration durchzuführen. Wenn ein Signal mit der geringsten Störung an Kommunikationsgeräten ankommt, ändert es sofort seine Form in digital. Dadurch kann beispielsweise ein Fernsehturm wieder ein Signal erzeugen, jedoch ohne den Rauscheffekt.

Wenn der Code mit großen Verzerrungen ankommt, kann er leider nicht wiederhergestellt werden. Wenn wir die analoge Kommunikation vergleichen, kann ein Repeater in einer ähnlichen Situation einen Teil der Daten extrahieren und dabei viel Energie verbrauchen.

Diskutieren Mobilfunkkommunikation Bei unterschiedlichen Formaten ist bei starken Verzerrungen auf einer digitalen Leitung ein Sprechen nahezu unmöglich, da Wörter oder ganze Sätze nicht zu hören sind. In diesem Fall ist die analoge Kommunikation effektiver, da Sie weiterhin einen Dialog führen können.

Gerade wegen solcher Probleme bilden Repeater sehr oft ein digitales Signal, um die Lücke in der Kommunikationsleitung zu verringern.

Diskretes Signal

Heutzutage nutzt jeder Mensch ein Mobiltelefon oder eine Art „Dialer“ auf seinem Computer. Eine der Aufgaben von Geräten bzw Software- Dabei handelt es sich um die Übertragung eines Signals, in diesem Fall eines Sprachstroms. Um eine kontinuierliche Welle zu übertragen, ist ein Kanal erforderlich, der den höchsten Durchsatz aufweist. Aus diesem Grund wurde die Entscheidung getroffen, ein diskretes Signal zu verwenden. Es entsteht nicht die Welle selbst, sondern ihr digitales Erscheinungsbild. Warum? Denn die Übertragung erfolgt durch Technik (zum Beispiel ein Telefon oder einen Computer). Welche Vorteile bietet diese Art der Informationsvermittlung? Mit seiner Hilfe wird die Gesamtmenge der übertragenen Daten reduziert und auch der Stapelversand lässt sich einfacher organisieren.

Das Konzept des „Sampling“ wird seit langem in der Arbeit der Computertechnologie eingesetzt. Dank dieses Signals werden keine kontinuierlichen Informationen übertragen, die vollständig mit speziellen Symbolen und Buchstaben kodiert sind, sondern in speziellen Blöcken gesammelte Daten. Sie sind getrennte und vollständige Teilchen. Diese Kodierungsmethode ist seit langem in den Hintergrund gedrängt, ganz verschwunden ist sie jedoch nicht. Mit ihm lassen sich problemlos kleine Informationseinheiten übermitteln.

Vergleich digitaler und analoger Signale

Kaum jemand denkt beim Kauf von Geräten darüber nach, welche Signalarten in diesem oder jenem Gerät zum Einsatz kommen, und noch mehr über deren Umgebung und Beschaffenheit. Aber manchmal muss man die Konzepte trotzdem verstehen.

Es ist schon lange klar, dass analoge Technologien an Nachfrage verlieren, weil ihr Einsatz irrational ist. Im Gegenzug kommt die digitale Kommunikation. Sie müssen verstehen, was wir reden über und was die Menschheit ablehnt.

Kurz gesagt ist ein analoges Signal eine Methode zur Informationsübertragung, bei der Daten in kontinuierlichen Zeitfunktionen beschrieben werden. Tatsächlich kann die Amplitude von Schwingungen im Einzelnen innerhalb bestimmter Grenzen jedem beliebigen Wert entsprechen.

Die digitale Signalverarbeitung wird durch diskrete Zeitfunktionen beschrieben. Mit anderen Worten, die Schwingungsamplitude dieser Methode entspricht genau festgelegten Werten.

Von der Theorie zur Praxis muss man sagen, dass das analoge Signal durch Interferenzen gekennzeichnet ist. Bei der Digitalisierung gibt es solche Probleme nicht, da sie erfolgreich „geglättet“ werden. Dank neuer Technologien ist diese Methode der Datenübertragung in der Lage, alle Originalinformationen ohne Eingreifen eines Wissenschaftlers selbstständig wiederherzustellen.

Wenn es ums Fernsehen geht, kann man schon jetzt mit Gewissheit sagen: Die analoge Übertragung hat längst ihren Nutzen verloren. Die meisten Verbraucher wechseln zu einem digitalen Signal. Letzteres hat den Nachteil, dass zwar jedes Gerät analoge Übertragungen empfangen kann, eine modernere Methode jedoch nur spezielle Ausrüstung erfordert. Obwohl die Nachfrage nach der veralteten Methode längst zurückgegangen ist, können solche Signale noch immer nicht ganz aus dem Alltag verschwinden.

Diskretion bedeutet aus dem Lateinischen übersetzt Diskontinuität. Dieses Konzept Wird in verschiedenen Wissenschaftszweigen verwendet, insbesondere in der Elektronik, Physik, Biologie, Mathematik usw. In der Elektronik gibt es das Konzept eines diskreten Signals, das die Übertragung von Informationen unter Bedingungen sich ändernder möglicher Werte des Übertragungsmediums ermöglicht. Darüber hinaus wird die Intermittenz auch in anderen sensibleren Bereichen eingesetzt, beispielsweise in der Mikroelektronik. Insbesondere bei der Entwicklung diskreter Schaltkreise, die Elemente von Kommunikationsleitungen darstellen.

Wie Diskretion in der Elektronik verwendet wird

Bestehende moderne Technologien Kommunikation, einschließlich der dafür entwickelten Computerprogramme, bieten Sprachübertragung, also einen Audiostream. Gleichzeitig stehen Entwickler solcher Geräte und Software vor der Tatsache, dass der Sprachstrom eine kontinuierliche Welle ist, deren Übertragung nur auf einem Kanal mit hoher Frequenz möglich ist Durchsatz. Sein Einsatz ist sowohl ressourcenmäßig als auch finanziell zu aufwendig. Dieses Problem wird durch die Verwendung von Diskretheitsprinzipien gelöst.

Anstelle einer standardmäßigen kontinuierlichen Welle ist ein diskretes Signal ein spezieller digitaler Ausdruck, der es beschreiben kann. Mit der eingestellten Frequenz werden die Wellenparameter in digitale Informationen umgewandelt und zum Empfang gesendet. Tatsächlich ist es möglich, Kommunikation mit minimalem Ressourcen- und Energieeinsatz bereitzustellen.

Durch Diskretion können Sie den gesamten Datenfluss erheblich reduzieren und daraus eine Paketübertragung bilden. Darüber hinaus wird aufgrund der Tatsache, dass die Wellenabtastung in Intervallen zwischen Arbeit und Pausen beobachtet wird, die Möglichkeit einer Verzerrung ausgeschlossen. Es wird garantiert, dass der gesendete Teil der Paketdaten an sein vorgesehenes Ziel geliefert wird und der nächste Teil danach übertragen wird. Bei gewöhnlichen Wellen ist die Möglichkeit einer Interferenz viel höher.

Beispiele der einfachsten Diskretion

Physiklehrbücher verwenden häufig die Analogie eines gedruckten Buches, um das Konzept der Diskretion bei der Anwendung auf ein Signal zu erklären. Somit wird beim Lesen ein kontinuierlicher Fluss der präsentierten Informationen wahrgenommen. Darüber hinaus handelt es sich bei praktisch allen darin enthaltenen Informationen um einen Code, der aus einer Reihe von Buchstaben, Leerzeichen und Satzzeichen besteht. Zunächst ist das Kommunikationsmittel einer Person die Stimme, aber durch das Schreiben ist es möglich, Töne mithilfe eines Buchstabencodes aufzuzeichnen. Wenn wir außerdem die Kapazität in Kilobyte oder Megabyte berücksichtigen, nimmt das Volumen des gedruckten Textes weniger Platz ein als seine Audioaufzeichnung.

Um auf das Beispiel eines Buches zurückzukommen, stellt sich heraus, dass sein Autor ein bestimmtes diskretes Signal erzeugt, indem er den Tonstrom in Blöcke aufteilt und sie in einer bestimmten Art der Kodierung, also in geschriebener Sprache, darstellt. Der Leser selbst, der das Buch aufschlägt, kombiniert durch sein Wissen über Kodierung und Denken einzelne Buchstaben zu einem kontinuierlichen Informationsfluss. Dieses Beispiel Hilft sehr erfolgreich dabei, in vereinfachter Sprache zu erklären, warum Diskretion erforderlich ist und warum sie so eng mit den in der Elektronik verwendeten Signalen zusammenhängt.

Ein einfaches Beispiel für visuelle Diskontinuität sind alte handgezeichnete Cartoons. Ihr Rahmen bestand aus Dutzenden Bildern, die mit kurzen Pausen aufeinander folgten. Jedes weitere Bild verändert sich geringfügig, sodass es für das menschliche Auge so aussieht, als würden sich die Zeichen auf dem Bildschirm bewegen. Der Diskretion ist es zu verdanken, dass es im Allgemeinen möglich ist, ein bewegtes Bild zu erzeugen.

Das Beispiel mit handgezeichneten Cartoons zeigt nur einen Teil der diskreten Immobilie. Bei der Erstellung von Videos kommt eine ähnliche Technologie zum Einsatz. Es lohnt sich, sich an Filmstreifen oder alte Filme zu erinnern, wenn sich auf einem langen Band viele kleine Bilder befinden, die beim Wechseln den Effekt einer Bewegung auf dem Bildschirm erzeugen. Obwohl sich moderne Technologien von den materiellen Trägern solcher Rahmen entfernt haben, wird das Prinzip der Diskretion, wenn auch modifiziert, immer noch angewendet.

Diskretes Signal

Mit diesem Konzept können wir das Gegenteil des Phänomens eines kontinuierlichen Signals darstellen. Bei der Verwendung von Kontinuität ist eine der Erscheinungsformen eine Schallwelle mit einer bestimmten Amplitude und Frequenz, die kontinuierlich und ohne Pausen ausgestrahlt wird. Obwohl es mehrere gibt effektive Wege Verarbeitung eines kontinuierlichen oder sogenannten analogen Signals, wodurch das Volumen des Informationsflusses reduziert werden kann, sie sind jedoch nicht so effektiv. Der Einsatz diskreter Verarbeitung ermöglicht es, Geräte weniger voluminös zu gestalten und teure Kommunikation zu eliminieren. In der Elektronik sind die Konzepte diskreter und digitaler Signale praktisch identisch.

Zu den unbestreitbaren Vorteilen eines diskreten Signals gehören:

• Fähigkeit, Informationsverzerrungen zu vermeiden.
• Gewährleistung einer hohen Störfestigkeit, die durch die Verwendung der Informationskodierung möglich ist.
• Möglichkeit der Archivierung von Daten zur Schonung von Medienressourcen.
• Bereitstellung der Möglichkeit, Informationen aus verschiedenen Quellen über einen einzigen Kanal zu übertragen.
• Verfügbarkeit einer vereinfachten mathematischen Beschreibung.

Diskretion ist nicht ohne Nachteile. Bei der Verwendung ist der Einsatz von Hochtechnologie erforderlich, und daher verlieren kritische Teile elektronischer Mechanismen die Fähigkeit, handwerkliche Reparaturen durchzuführen. Bei schwerwiegenden Schäden ist der Austausch einzelner Einheiten erforderlich. Darüber hinaus ist ein teilweiser Verlust der im diskreten Signal enthaltenen Informationen möglich.

Methoden zur Implementierung von Diskretion bei der Arbeit mit Signalen

Wie bereits erläutert, handelt es sich bei einem diskreten Signal um eine Folge digital kodierter Werte. Existieren verschiedene Wege Codierung, aber binäre digitale Signale gelten als eines der beliebtesten. Sie werden in fast allen elektronischen Geräten verwendet, da sie einfach zu kodieren und zu dekodieren sind.

Ein diskretes digitales Signal hat zwei Werte „1“ und „0“. Zur Datenübertragung wird eine Impulsspannung erzeugt. Nach der Erzeugung eines Impulses nimmt das empfangende Gerät einen Teil des Signals als „1“ und die darauffolgende Pause als „0“ wahr. Dekodiergeräte werten die Frequenz der zugeführten Impulse aus und stellen die Originaldaten wieder her. Wenn wir uns den Graphen eines diskreten Signals ansehen, können wir sehen, dass der Übergang zwischen Null und Maximalwert passiert sofort. Der Graph besteht aus rechteckigen Ecken, wobei die Linie zwischen den oberen und unteren Werten keine hat weicher Übergang. Dadurch liest das Empfangsgerät die Informationen klar und eliminiert so Störungen, da selbst ein schwach empfangener Impuls als Maximum, also „1“, und eine Pause als „0“ gelesen wird.

Obwohl Diskretion die Entstehung von Interferenzen erheblich reduzieren kann, kann sie deren völlige Abwesenheit nicht beseitigen. Wenn der digitale Stream stark verrauscht ist, ist es unmöglich, Daten aus den empfangenen Signalen wiederherzustellen. Bei kontinuierlichen analogen Signalen können verschiedene Filter angewendet werden, um Verzerrungen zu entfernen und Informationen wiederherzustellen. Aus diesem Grund wird das Diskretheitsprinzip nicht immer angewendet.

Technische Umsetzung von Diskretheitsprinzipien

Diskrete Signale werden zum Aufzeichnen auf bekannten Medien wie CD, DVD usw. verwendet. Sie werden von digitalen Playern gelesen, Handys, Modems und fast alle technischen Geräte, die jeder täglich nutzt. Alle Multimedia-Technologien bestehen aus Komprimierungs-, Kodierungs- und Dekodierungsgeräten, die es ermöglichen, mit diskreten Signalen zu arbeiten.

Sogar die Bereiche, in denen ursprünglich kontinuierliche Datenübertragungstechnologien eingesetzt wurden, beginnen, diese Methode aufzugeben und Diskretion einzuführen. Alle modernen Audiogeräte funktionieren genau auf diese Weise. Außerdem kommt es zu einer schrittweisen Abkehr von der analogen Fernsehausstrahlung. Das Fehlen eines scharfen Übergangs von einer Technologie zur zweiten ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass ein diskretes Signal wieder in ein analoges umgewandelt werden kann. Dadurch ist eine gewisse Kompatibilität zwischen verschiedenen Systemen gewährleistet.

Wenn wir andere Beispiele für Geräte betrachten, bei denen die Prinzipien der Diskretion angewendet werden, dann sind solche Beispiele:

• Soundkarten.
• Elektronische Musikinstrumente.
• Navigatoren.
• Digitalkameras.

Der Anwendungsbereich des Diskretheitsprinzips ist sehr umfangreich. In dieser Hinsicht machen die Geräte dort, wo sie implementiert werden, erhebliche Fortschritte, während die Benutzerfreundlichkeit solcher Geräte um ein Vielfaches steigt.

Signale können sein: analog (kontinuierlich) und diskret.

Diskretes Signal- Informationssignal. Ein Signal heißt diskret, wenn es nur endlich viele Werte annehmen kann.

siehe auch

Ein diskretes Signal ist ein Signal, das eine endliche Anzahl von Werten hat. Typischerweise haben Signale, die über diskrete Kanäle übertragen werden, zwei oder drei Bedeutungen. Die Verwendung von Signalen mit drei Werten gewährleistet eine synchronisierte Übertragung.

Literatur

• Samofalov K.G., Romankevich A.M., Valuysky V.N., Kanevsky Yu.S., Pinevich M.M. Angewandte Theorie digitaler Automaten. - K.: Vishcha School, 1987. - 375 S.

Wikimedia-Stiftung. 2010.

• Diskrete Fourier-Transformation über ein endliches Feld
• Diskriminierte Bevölkerungsgruppen in Japan

Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was ein „diskretes Signal“ ist:

Diskretes Signal- ein Signal mit einer endlichen Anzahl von Werten. Typischerweise haben Signale, die über diskrete Kanäle übertragen werden, zwei oder drei Bedeutungen. Die Verwendung von Signalen mit drei Werten gewährleistet eine synchronisierte Übertragung. Auf Englisch: Diskretes Signal Synonyme:... ... Finanzwörterbuch

diskretes Signal

diskretes Signal- Ein Signal, dessen informativer Parameter sich nur intermittierend ändern kann und während eines bestimmten Zeitintervalls nur eine endliche Anzahl von Werten in einem bestimmten Bereich aufweisen kann. [Quelle] DE diskret zeitgesteuertes Signal diskretes Signal ein Signal... ... Leitfaden für technische Übersetzer

Diskretes Signal- 13. Diskretes Signal Ein Signal mit einer endlichen Anzahl von Wertwerten Quelle...

diskretes Signal- diskretusis signalas statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. abgetastetes Signal vok. abgetastetes Signal, n rus. diskretes Signal, m pranc. signal échantillonné, m; Signal diskret, m … Automatikos terminų žodynas

diskretes Signal- Ein Signal, das durch eine diskrete Zeitfunktion beschrieben wird ... Polytechnisches terminologisches Erklärungswörterbuch

diskretes Zeitsignal- diskretinamojo laiko signalas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: engl. diskretes Zeitsignal vok. diskretes Zeitsignal, n rus. diskretes Zeitsignal, m pranc. Signal diskrete Temperaturen, m... Radioelektronikos terminų žodynas

Signal (Technik)- Ein Signal ist in der Informations- und Kommunikationstheorie ein materieller Informationsträger, der zur Übermittlung von Nachrichten über ein Kommunikationssystem verwendet wird. Ein Signal kann jeder physikalische Prozess sein, dessen Parameter sich entsprechend der übertragenen... ... Wikipedia ändern

Diskret- (vom lateinischen discretus getrennt, intermittierend). Dieses Adjektiv kann in verschiedenen Zusammenhängen verwendet werden: In der diskreten Mathematik wird eine abzählbare Menge als diskret bezeichnet, ein Konzept, das auch in der Kombinatorik und Wahrscheinlichkeitstheorie wichtig ist. Im Allgemeinen... ... Wikipedia

diskret- 4.2.6 diskret: Bezieht sich auf Daten, die aus einzelnen Elementen wie Symbolen bestehen, oder auf physikalische Größen mit einer endlichen Anzahl verschiedener erkennbarer Werte sowie auf Prozesse und Funktionsblöcke, die diese verwenden ... Wörterbuch-Nachschlagewerk mit Begriffen der normativen und technischen Dokumentation