Svaki sistem za digitalnu obradu signala, bez obzira na njegovu složenost, sadrži digitalni računarski uređaj - univerzalnu digitalnu računarsku mašinu, mikroprocesor ili računarski uređaj posebno dizajniran za rešavanje određenog problema. Signal koji stiže na ulaz računarskog uređaja mora se konvertovati u oblik pogodan za obradu na digitalnom računaru. Trebao bi biti u obliku niza brojeva predstavljenih u mašinskom kodu.

U nekim slučajevima, zadatak predstavljanja ulaznog signala u digitalnom obliku relativno je lako riješiti. Na primjer, ako trebate prenijeti verbalni tekst, onda svaki znak (slovo) ovog teksta mora biti pridružen određenom broju i, stoga, preneseni signal mora biti predstavljen kao numerički niz. Lakoća rješavanja problema u ovom slučaju objašnjava se činjenicom da je verbalni tekst diskretne prirode.

Međutim, većina signala s kojima se mora raditi u radiotehnici je kontinuirana. To je zbog činjenice da je signal odraz nekog fizičkog procesa, a gotovo svi fizički procesi su kontinuirane prirode.

Razmotrimo proces uzorkovanja kontinuiranog signala na konkretnom primjeru. Pretpostavimo da se temperatura vazduha meri na određenoj letelici; rezultati mjerenja moraju se prenijeti nazad na Zemlju u centar podataka. Temperatura

Rice. 1.1. Vrste signala: a - kontinuirani (kontinuirani) signal; 6 - diskretni signal; c - AIM oscilacija; d - digitalni signal

vazduh se meri kontinuirano; Očitavanja senzora temperature su takođe kontinuirana funkcija vremena (slika 1.1, a). Ali temperatura se polako mijenja, dovoljno je prenijeti njene vrijednosti jednom u minuti. Osim toga, nema potrebe da se mjeri sa tačnošću većom od 0,1 stepen. Dakle, umjesto kontinuirane funkcije, niz numeričkih vrijednosti može se prenijeti u intervalu od 1 min (slika 1.1, d), a u intervalima između ovih vrijednosti, informacije o tlaku, vlažnosti zraka i druge naučne informacije može se prenositi.

Razmatrani primjer pokazuje da se proces uzorkovanja kontinuiranih signala sastoji od dvije faze: uzorkovanja u vremenu i uzorkovanja u nivou (kvantizacija). Signal uzorkovan samo u vremenu naziva se diskretnim; još nije upotrebljiv za obradu u digitalnom uređaju. Diskretni signal je niz čiji su elementi tačno jednaki odgovarajućim vrijednostima originalnog kontinuiranog signala (slika 1.1, b). Primjer diskretnog signala može biti niz impulsa s promjenjivom amplitudom - amplitudno-impulsno modulirana oscilacija (slika 1.1, c). Analitički, takav diskretni signal se opisuje izrazom

gdje je originalni kontinuirani signal; pojedinačni impuls oscilacije AIM.

Ako se trajanje pulsa smanji dok njegova površina ostane nepromijenjena, tada u granici funkcija teži funkciji -. Tada se izraz za diskretni signal može predstaviti kao

Za pretvaranje analognog signala u digitalni, vremensko uzorkovanje mora biti praćeno uzorkovanjem nivoa (kvantizacija). Potreba za kvantizacijom je zbog činjenice da bilo koji računarski uređaj može da radi samo sa brojevima sa konačnim brojem cifara. Dakle, kvantizacija je zaokruživanje prenesenih vrijednosti sa datom preciznošću. Dakle, u razmatranom primjeru vrijednosti temperature su zaokružene na tri značajne znamenke (slika 1.1, d). U drugim slučajevima, broj bitova vrijednosti prenesenog signala može biti različit. Signal uzorkovan u vremenu i nivou naziva se digitalni.

Odabir pravih intervala uzorkovanja u smislu vremena i nivoa je veoma važan pri projektovanju sistema za digitalnu obradu signala. Što je interval uzorkovanja manji, to preciznije uzorkovani signal odgovara originalnom kontinuiranom. Međutim, sa smanjenjem intervala uzorkovanja u vremenu, broj uzoraka se povećava, a da bi ukupno vrijeme obrade signala ostalo nepromijenjeno, potrebno je povećati brzinu obrade, što nije uvijek moguće. Kako se interval kvantizacije smanjuje, potrebno je više bitova za opisivanje signala, zbog čega digitalni filter postaje složeniji i glomazniji.

Diskretni signali prirodno nastaju kada izvor poruke daje informacije u određeno vrijeme. Primjer je informacija o temperaturi zraka koju emituju radio stanice nekoliko puta dnevno. Svojstvo diskretnog signala se ovdje manifestira izuzetno jasno: u pauzama između poruka nema informacija o temperaturi. U stvari, temperatura zraka se glatko mijenja tokom vremena, tako da se rezultati mjerenja pojavljuju zbog uzorkovanja kontinuiranog signala - operacije koja fiksira vrijednosti uzorka.

Diskretni signali dobijaju poseban značaj poslednjih decenija pod uticajem unapređenja komunikacione tehnologije i razvoja metoda za obradu informacija brzim računarskim uređajima. Veliki iskoraci su napravljeni u razvoju i upotrebi specijalizovanih uređaja za obradu diskretnih signala, tzv. digitalnih filtera.

Ovo poglavlje je posvećeno razmatranju principa matematičkog opisa diskretnih signala, kao i teorijskih osnova konstruisanja linearnih uređaja za njihovu obradu.

15.1. Modeli diskretnih signala

Razlika između diskretnih i analognih (kontinuiranih) signala je naglašena u Pogl. 1 pri klasifikaciji radiotehničkih signala. Prisjetimo se glavnog svojstva diskretnog signala: njegove vrijednosti nisu određene u svakom trenutku, već samo u prebrojivom skupu tačaka. Ako analogni signal ima matematički model u obliku kontinuirane ili komadno kontinuirane funkcije, tada je odgovarajući diskretni signal niz vrijednosti uzorka signala u točkama, respektivno.

Redoslijed uzorkovanja.

U praksi se, po pravilu, uzorci diskretnih signala uzimaju u vremenu u jednakom intervalu A, koji se naziva interval uzorkovanja (korak):

Operacija uzorkovanja, tj. prijelaz sa analognog signala na diskretni signal, može se opisati uvođenjem u razmatranje generalizirane funkcije

naziva sekvenca uzorkovanja.

Očigledno, diskretni signal je funkcional (vidi poglavlje 1), definiran na skupu svih mogućih analognih signala i jednak skalarnom proizvodu funkcije

Formula (15.3) ukazuje na način praktične implementacije uređaja za uzorkovanje analognog signala. Rad uzorkivača zasniva se na operaciji gejtinga (vidi pogl. 12) - množenju obrađenog signala i funkciji "češalj" Pošto je trajanje pojedinačnih impulsa, iz kojih se dodaje sekvenca uzorkovanja, jednako nuli, na izlazu idealnog uzorkivača u jednako udaljenim trenucima vremena pojavljuju se vrijednosti uzorka obrađenog analognog signala...

Rice. 15.1. Blok dijagram impulsnog modulatora

Modulirani impulsni nizovi.

Diskretni signali počeli su se koristiti još 40-ih godina pri kreiranju radioinženjerskih sistema s pulsnom modulacijom. Ova vrsta modulacije se razlikuje po tome što periodični niz kratkih impulsa služi kao "vibracija nosioca" umjesto harmonijskog signala.

Impulsni modulator (slika 15.1) je uređaj sa dva ulaza, od kojih se na jedan napaja originalni analogni signal, a na drugi ulaz prima kratke sinhronizacione impulse sa intervalom ponavljanja. Modulator je konstruisan tako da se u trenutku primene svakog sinhronizacionog impulsa meri trenutna vrednost signala x (t). Na izlazu modulatora javlja se niz impulsa, od kojih svaki ima površinu proporcionalnu odgovarajućoj vrijednosti uzorka analognog signala.

Signal na izlazu modulatora impulsa će se zvati modulirani niz impulsa (MIP). Naravno, diskretni signal je matematički model IIP-a.

Imajte na umu da je, sa fundamentalne tačke gledišta, priroda impulsa koji čine MIP indiferentna. Konkretno, ovi impulsi mogu imati isto trajanje, dok je njihova amplituda proporcionalna uzorkovanim vrijednostima uzorkovanog signala. Ova vrsta kontinuirane konverzije signala naziva se pulsno-amplitudna modulacija (PAM). Moguća je i druga metoda - modulacija širine impulsa (PWM). Ovdje su amplitude impulsa na izlazu modulatora konstantne, a njihovo trajanje (širina) je proporcionalno trenutnim vrijednostima analogne oscilacije.

Izbor jedne ili druge metode impulsne modulacije diktiran je brojnim tehničkim razmatranjima, pogodnostima implementacije kola, kao i karakterističnim karakteristikama emitovanih signala. Na primjer, neprikladno je koristiti AMM ako željeni signal varira u vrlo širokom rasponu, odnosno, kako se često kaže, ima širok dinamički raspon. Za neiskrivljeni prijenos takvog signala potreban je predajnik sa striktno linearnom amplitudnom karakteristikom. Stvaranje takvog odašiljača je samostalan, tehnički težak problem. PWM sistemi ne nameću zahtjeve za linearnost amplitudnih karakteristika predajnika. Međutim, njihova implementacija kola može se pokazati nešto komplikovanijom u poređenju sa AIM sistemima.

Matematički model idealnog MIP-a može se dobiti na sljedeći način. Razmotrite formulu za dinamičku reprezentaciju signala (pogledajte poglavlje 1):

Pošto je IIP definiran samo na mjestima integracije u formuli (15.4) treba zamijeniti sumiranjem preko indeksa k. Ulogu diferencijala imat će interval uzorkovanja (korak). Tada će matematički model moduliranog niza impulsa formiranog od beskonačno kratkih impulsa biti dat izrazom

gdje su uzorkovane vrijednosti analognog signala.

Spektralna gustina modulisanog niza impulsa.

Istražimo spektar signala koji nastaje na izlazu idealnog impulsnog modulatora i opisan izrazom (15.5).

Imajte na umu da je signal tipa MIP, do koeficijenta proporcionalnosti A, jednak proizvodu funkcije i sekvence uzorkovanja

Poznato je da je spektar proizvoda dva signala proporcionalan konvoluciji njihovih spektralnih gustina (vidi poglavlje 2). Dakle, ako su poznati zakoni korespondencije između signala i spektra:

tada je spektralna gustina MIP signala

Da bismo pronašli spektralnu gustinu sekvence uzorkovanja, proširujemo periodičnu funkciju u složeni Fourierov niz:

Koeficijenti ove serije

Okrenuvši se formuli (2.44), dobijamo

to jest, spektar sekvence uzorkovanja se sastoji od beskonačne kolekcije delta impulsa u frekvencijskom domenu. Ova spektralna gustina je periodična funkcija s periodom

Konačno, zamjenom formule (15.8) u (15.7) i promjenom redoslijeda operacija integracije i sumiranja, nalazimo

Dakle, spektar signala dobijenog kao rezultat idealnog uzorkovanja sa beskonačno kratkim stroboskopskim impulsima je zbir beskonačnog broja "kopija" spektra originalnog analognog signala. Kopije se nalaze na osi frekvencije u jednakim intervalima jednakim vrijednosti ugaone frekvencije prvog harmonika uzorkovane impulsne sekvence (slika 15.2, a, b).

Rice. 15.2. Spektralna gustina modulirane impulsne sekvence pri različitim vrijednostima gornje granične frekvencije: a - gornja granična frekvencija je visoka; b - gornja granična frekvencija je niska (boja označava spektralnu gustinu originalnog signala podvrgnutog uzorkovanju)

Rekonstrukcija kontinuiranog signala iz modulirane sekvence impulsa.

U nastavku ćemo pretpostaviti da stvarni signal ima niskofrekventni spektar, simetričan u odnosu na tačku i ograničen gornjom graničnom frekvencijom. 15.2, b slijedi da se ako, onda pojedinačne kopije spektra ne preklapaju.

Stoga se analogni signal sa takvim spektrom, podvrgnut uzorkovanju impulsa, može precizno rekonstruirati korištenjem idealnog niskopropusnog filtera, na čiji se ulaz dovodi impulsna sekvenca oblika (15.5). U ovom slučaju, najveći dozvoljeni interval uzorkovanja, koji je u skladu sa Kotelnikovom teoremom.

Zaista, neka filter koji vraća kontinuirani signal ima koeficijent prijenosa frekvencije

Impulsni odziv ovog filtera opisuje se izrazom

Uzimajući u obzir da je MIP signal oblika (15.5) ponderisani zbir delta impulsa, nalazimo odgovor na izlazu filtera za rekonstrukciju

Ovaj signal ponavlja originalni talasni oblik sa ograničenim spektrom do faktora skale.

Idealan niskopropusni filtar je fizički neostvariv i može poslužiti samo kao teorijski model za objašnjenje principa oporavka poruke iz njenog diskretnog broja impulsa. Pravi niskopropusni filtar ima AFC koji ili pokriva nekoliko režnjeva MIP spektralnog dijagrama, ili se, koncentrišući se blizu nulte frekvencije, ispostavi da je mnogo uži od centralnog režnja spektra. Na primjer, na sl. 15.3, b-f prikazane su krive koje karakteriziraju signal na izlazu RC-kola koji se koristi kao filter za oporavak (slika 15.3, a).

Rice. 15.3. Oporavak kontinuiranog signala iz brojanja impulsa pomoću RC kola: a - filtersko kolo; b - diskretni ulazni signal; c, d - frekvencijski odziv filtera i signal na njegovom izlazu u kućištu; d, f - isto, za slučaj

Iz gornjih grafikona se može vidjeti da pravi filter za rekonstrukciju neizbježno iskrivljuje ulaznu oscilaciju.

Imajte na umu da se i centralni i bilo koji bočni režanj spektralnog dijagrama mogu koristiti za rekonstrukciju signala.

Određivanje spektra analognog signala iz skupa uzoraka.

Imajući MIP reprezentaciju, moguće je ne samo rekonstruisati analogni signal, već i pronaći njegovu spektralnu gustinu. Za to je potrebno, prije svega, direktno povezati spektralnu gustinu IIP-a sa referentnim vrijednostima:

(15.13)

Ova formula iscrpno rješava problem pod gornjim ograničenjem.

Koncept interfejsa digitalne automatske telefonske centrale

CSK treba da obezbedi interfejs (joint) sa analognim i digitalnim pretplatničkim linijama (AL) i sistemima prenosa.

Joint naziva se granica između dva funkcionalna bloka, koja je određena funkcionalnim karakteristikama, opštim karakteristikama fizičke veze, karakteristikama signala i drugim karakteristikama u zavisnosti od specifičnosti.

Spoj pruža jednokratnu definiciju parametara veze između dva uređaja. Ovi parametri se odnose na vrstu, broj i funkciju međusobno povezanih mreža, kao i na vrstu, oblik i redoslijed signala koji se prenose duž ovih mreža.

Postavlja se precizna definicija vrste, količine, oblika i redoslijeda veza i odnosa između dva funkcionalna bloka na spoju između njih. zajednička specifikacija.

Digitalne PBX veze se mogu podijeliti na sljedeće

Analogni pretplatnički spoj;

Digitalni pretplatnički interfejs;

ISDN pretplatnička veza;

Mrežni (digitalni i analogni) spojevi.

Prstenasti konektori

Prstenaste strukture nalaze primjenu u raznim komunikacijskim poljima. Prije svega, to su prstenasti prijenosni sustavi s privremenim kanalima, koji u suštini imaju konfiguraciju serijski povezanih jednosmjernih vodova, formirajući zatvoreno kolo ili prsten. Istovremeno, dvije glavne funkcije implementiraju se u svakom čvoru mreže:

1) svaki čvor radi kao regenerator kako bi povratio dolazni digitalni signal i ponovo ga prenio;

na čvorovima mreže prepoznaje se struktura ciklusa privremenog grupisanja i komunikacija se odvija duž prstena pomoću

2) uklanjanje i umetanje digitalnog signala u određenim vremenskim slotovima dodijeljenim svakom čvoru.

Sposobnost preraspodjele vremenskih slotova između proizvoljnih parova čvorova u sistemu prstena sa vremenskim trankingom znači da je prsten distribuirani prijenosni i komutacijski sistem. Ideja simultanog prijenosa i komutacije u prstenastim strukturama proširena je na digitalna komutirajuća polja.

U ovom aranžmanu, puna dupleks veza se može uspostaviti između bilo koja dva čvora koristeći jedan kanal. U tom smislu, prstenasto kolo vrši prostorno-vremensku transformaciju signalnih koordinata i može se smatrati jednom od opcija za konstruisanje S/T stepena.

Analogni, diskretni, digitalni signali

U telekomunikacionim sistemima informacije se prenose pomoću signala. Međunarodna unija za telekomunikacije daje sljedeću definiciju signal:

Signal iz telekomunikacionih sistema je skup elektromagnetnih talasa koji se prostiru jednosmernim kanalom za prenos i dizajnirani su da utiču na prijemni uređaj.

1) analogni signal- signal u kojem je svaki reprezentativni parametar zadan kontinuiranom vremenskom funkcijom s kontinuiranim skupom mogućih vrijednosti

2) nivo diskretnog signala - signal čije su vrijednosti reprezentativnih parametara date kontinuiranom vremenskom funkcijom sa konačnim skupom mogućih vrijednosti. Proces uzorkovanja signala po nivou se zove kvantizacija;

3) vremenski diskretni signal - signal u kojem je svaki reprezentativni parametar zadan diskretnom vremenskom funkcijom s kontinuiranim skupom mogućih vrijednosti

4) digitalni signal - signal čije su vrijednosti reprezentativnih parametara date diskretnom vremenskom funkcijom sa konačnim skupom mogućih vrijednosti

Modulacija je transformacija jednog signala u drugi promjenom parametara signala nosioca u skladu sa konvertovanim signalom. Harmonični signali, periodični nizovi impulsa, itd. se koriste kao noseći signal.

Na primjer, kada se digitalni signal prenosi kroz binarni kod, može se pojaviti konstantna komponenta signala zbog prevalencije jedinica u svim kodnim riječima.

Odsustvo konstantne komponente u liniji omogućava korištenje uparivanja transformatori u linearnim uređajima, kao i za daljinsko napajanje regeneratora jednosmernom strujom. Kako bi se riješili neželjene istosmjerne komponente digitalnog signala, binarni signali se pretvaraju pomoću posebnih kodova prije nego što se pošalju na liniju. Za primarni digitalni prenosni sistem (DSP) usvojen je HDB3 kod.

Kodiranje binarnog signala u modificirani kvaziternarni signal korištenjem HDB3 koda izvodi se prema sljedećim pravilima (slika 1.5).

Rice. 1.5. Binarni i odgovarajući HDB3 kodovi

Impulsno kodna modulacija

Konverzija kontinuiranog primarnog analognog signala u digitalni kod se naziva pulsno kodna modulacija(PCM). Glavne operacije u PCM-u su operacije uzorkovanja u vremenu, kvantizacije (uzorkovanje na nivou diskretnog vremenskog signala) i kodiranja.

Vremensko uzorkovanje analognog signala naziva se transformacija u kojoj se reprezentativni parametar analognog signala postavlja skupom njegovih vrijednosti u diskretno vrijeme, ili, drugim riječima, u kojoj se iz kontinuiranog analognog signala c (t)(Sl. 1.6, a) primiti vrijednosti uzorka sa"(Sl. 1.6, b). Vrijednosti reprezentativnog parametra signala dobivene kao rezultat operacije vremenskog uzorkovanja nazivaju se uzorci.

Najrasprostranjeniji su sistemi digitalnog prenosa, u kojima se koristi uniformno uzorkovanje analognog signala (uzorci ovog signala se prave u jednakim vremenskim intervalima). Kod uniformnog uzorkovanja koriste se sljedeći koncepti: interval uzorkovanja At(vremenski interval između dva susjedna uzorka diskretnog signala) i brzina uzorkovanja Fd(recipročna vrijednost intervala uzorkovanja). Veličina intervala uzorkovanja se bira u skladu sa Kotelnikovom teoremom.

Prema Kotelnikovovoj teoremi, analogni signal sa ograničenim spektrom i beskonačnim intervalom posmatranja može se obnoviti bez grešaka iz diskretnog signala dobijenog uzorkovanjem originalnog analognog signala ako je frekvencija uzorkovanja dvostruko veća od maksimalne frekvencije spektra analognog signala:

Kotelnikova teorema

Kotelnikova teorema (u literaturi na engleskom jeziku - Nyquist-Shannon teorema) kaže da ako analogni signal x (t) ima ograničen spektar, onda se može nedvosmisleno i bez gubitaka rekonstruirati iz njegovih diskretnih uzoraka uzetih s frekvencijom većom od dvostruko veća od maksimalne frekvencije spektra Fmax ...

Diskretnost u prijevodu sa latinskog znači diskontinuitet. Ovaj koncept se koristi u raznim granama nauke, posebno u elektronici, fizici, biologiji, matematici itd. U elektronici postoji koncept diskretnog signala, koji omogućava prijenos informacija u uvjetima promjene mogućih vrijednosti medija za prijenos. Osim toga, diskontinuitet se koristi u drugim osjetljivijim područjima, na primjer, u mikroelektronici. Posebno, kada se razvijaju diskretna kola, koja su elementi komunikacionih linija.

Kako se diskretnost primjenjuje u elektronici

Postojeće moderne komunikacione tehnologije, uključujući i kompjuterske programe razvijene za to, obezbeđuju prenos glasa, koji je zvučni tok. Istovremeno, programeri takve opreme i softvera suočeni su s činjenicom da je glasovni tok neprekidni val, čiji je prijenos moguć samo na kanalu s velikom propusnošću. Njegova upotreba je preskupa, kako u smislu resursa, tako iu finansijskom smislu. Ovaj problem se rješava korištenjem diskretnih principa.

Diskretni signal je, umjesto standardnog kontinuiranog vala, poseban digitalni izraz koji ga može opisati. Sa podešenom frekvencijom, parametri talasa se pretvaraju u digitalne informacije i šalju na prijem. U stvari, ispada da pruža komunikaciju uz minimalnu upotrebu resursa i energije.

Diskretnost vam omogućava da značajno smanjite ukupan protok podataka, formirajući od njega paketni prijenos. Istovremeno, zbog činjenice da se opaža uzorkovanje vala s intervalima između rada i pauza, isključena je vjerojatnost izobličenja. Stvara se garancija da će poslani dio paketnih podataka biti dostavljen na željeno odredište, a sljedeći dio će već biti poslan nakon njega. U slučaju običnih talasa, mogućnost interferencije je mnogo veća.

Primjeri najjednostavnije diskretnosti

Udžbenici fizike često koriste analogiju štampane knjige da objasne koncept diskretnosti kada se primeni na signal. Dakle, pri čitanju se uočava kontinuirani tok navedenih informacija. Štaviše, u stvari, sve informacije sadržane u njemu su kod koji se sastoji od skupa slova, razmaka i znakova interpunkcije. U početku, način komunikacije osobe je glas, ali putem pisanja moguće je snimiti zvuk pomoću abecednog koda. U isto vrijeme, ako uzmemo u obzir kapacitet u kilobajtima ili megabajtima, tada će volumen ispisanog teksta zauzeti manje prostora od njegovog zvučnog zapisa.

Vraćajući se na primjer s knjigom, ispada da njen autor kreira određeni diskretni signal, razbijajući audio tok u blokove i predstavljajući ih na određeni način kodiranja, odnosno pisanim jezikom. Čitalac, koji otvara knjigu, svojim znanjem o kodiranju i razmišljanju kombinuje diskretna slova u kontinuirani tok informacija. Ovaj primjer vrlo uspješno pomaže da se pojednostavljenim jezikom objasni zašto je diskretnost potrebna i zašto je tako usko povezana sa signalima koji se koriste u elektronici.

Stari crtani crtani filmovi su jednostavan primjer vizualne diskretnosti. Njihov okvir se sastojao od desetina slika, koje su se nizale uz male pauze. Svaka sljedeća slika se lagano mijenja, pa se ljudskom oku čini da se likovi na ekranu kreću. Zahvaljujući diskretnosti općenito je moguće formirati pokretnu sliku.

Primjer sa crtanim karikaturama prikazuje samo dio svojstva diskretnosti. Slična tehnologija se koristi i za video produkciju. Vrijedno je prisjetiti se filmskih traka ili starih filmova, kada se na jednoj dugoj traci nalazi mnogo malih slika, koje se mijenjaju što stvara efekat kretanja na ekranu. Iako su se moderne tehnologije udaljile od materijalnih nosača takvih kadrova, princip diskretnosti se i dalje koristi, iako izmijenjen.

Diskretni signal

Ovaj koncept vam omogućava da prikažete suprotno od fenomena kontinuiranog signala. Kada se koristi kontinuitet, jedna od manifestacija je zvučni val određene amplitude i frekvencije, koji se emituje neprekidno bez pauza. Iako postoji nekoliko prilično efikasnih metoda obrade kontinuiranog ili takozvanog analognog signala, koje mogu smanjiti obim protoka informacija, one nisu toliko efikasne. Upotreba diskretne obrade omogućava da oprema bude manje obimna i da se napusti skupa komunikacija. U elektronici, koncept diskretnog i digitalnog signala je praktično ista stvar.

Neosporne prednosti diskretnog signala uključuju:

• Sposobnost izbjegavanja izobličenja informacija.
• Pruža visoku otpornost na buku, što je moguće kao rezultat korištenja kodiranja informacija.
• Mogućnost arhiviranja podataka radi uštede medijskih resursa.
• Pružanje mogućnosti emitovanja informacija iz različitih izvora kroz jedan kanal.
• Prisustvo pojednostavljenog matematičkog opisa.

Nije lišen diskretnosti i nedostataka. Kada se koristi, potrebna je upotreba visokih tehnologija, pa stoga kritični dijelovi elektroničkih mehanizama gube sposobnost obavljanja zanatskih popravaka. U slučaju ozbiljnog kvara potrebna je zamjena pojedinačnih jedinica. Osim toga, moguć je i djelomični gubitak informacija koje se nalaze u diskretnom signalu.

Načini implementacije diskretnosti pri radu sa signalima

Kao što je već objašnjeno, diskretni signal je niz digitalno kodiranih vrijednosti. Postoje različite metode kodiranja, ali binarni digitalni signali se smatraju jednim od najpopularnijih. Koriste se u gotovo svim elektroničkim uređajima jer ih je lako kodirati i dekodirati.

Diskretni digitalni signal ima dvije vrijednosti "1" i "0". Generira se impulsni napon za prijenos podataka. Nakon generiranja impulsa, prijemni uređaj dio signala percipira kao "1", a narednu pauzu nakon toga kao "0". Oprema za dekodiranje procjenjuje frekvenciju isporučenih impulsa i vrši njihovo vraćanje na originalne podatke. Ako pogledate graf diskretnog signala, možete vidjeti da se prijelaz između nulte i maksimalne vrijednosti događa trenutno. Grafikon se sastoji od pravokutnih uglova, kada linija između gornje i donje vrijednosti nema glatki prijelaz. Zahvaljujući tome, prijemna oprema jasno čita informacije, čime se eliminišu smetnje, jer će čak i slabo primljeni impuls biti očitan kao maksimum, odnosno "1", a pauza kao "0".

Iako diskretnost može značajno smanjiti nastanak smetnji, ne može isključiti njihovo potpuno odsustvo. Ako postoji visok nivo šuma u digitalnom toku, tada je nemoguće povratiti podatke iz primljenih signala. U slučaju kontinuiranih analognih signala, mogu se primijeniti različiti filteri za uklanjanje izobličenja i vraćanje informacija. Zato se princip diskretnosti ne primjenjuje uvijek.

Tehnička implementacija principa diskretnosti

Diskretni signali se koriste za snimanje na dobro poznatim medijima kao što su CD-ovi, DVD-ovi i tako dalje. Čitaju ih digitalni plejeri, mobilni telefoni, modemi i gotovo svaka tehnička oprema koju svi svakodnevno koriste. Sve multimedijalne tehnologije sastoje se od uređaja za kompresiju, kodiranje i dekodiranje, što omogućava rad sa diskretnim signalima.

Čak i one oblasti koje su prvobitno koristile tehnologije kontinuiranog prenosa podataka počinju da napuštaju ovu metodu i uvode diskreciju. Sva moderna audio oprema radi na ovaj način. Postoji i postepeno napuštanje analognog televizijskog emitovanja. Uočeno je odsustvo oštrog prijelaza s jedne tehnologije na drugu zbog činjenice da se diskretni signal može pretvoriti natrag u analogni. Ovo osigurava određenu kompatibilnost različitih sistema.

Ako uzmemo u obzir više primjera opreme gdje se primjenjuju principi diskretnosti, onda takvi primjeri uključuju:

• Zvučne kartice.
• Elektronski muzički instrumenti.
• Navigatori.
• Digitalni fotoaparati.

Opseg principa diskretnosti je veoma širok. S tim u vezi, oprema u kojoj se ona uvodi značajno napreduje, dok se praktičnost korištenja takve opreme višestruko povećava.

Postoje analogni, diskretni i digitalni signali. Analogni signali su opisani vremenski kontinuiranom funkcijom koja može uzeti bilo koju vrijednost u određenom intervalu; diskretni signali su sekvence ili uzorci funkcije uzeti u određenim diskretnim trenucima vremena nT; digitalni signali su signali koji u diskretnim trenucima vremena nT uzimaju konačne diskretne vrijednosti - nivoe kvantizacije, koji se zatim kodiraju binarnim brojevima. Ako se ključ umetne u kolo mikrofona (slika 1), gdje je struja kontinuirana funkcija vremena i periodično se zatvara na kratke trenutke, tada će struja u kolu imati oblik uskih impulsa sa amplitudama koje ponavljaju oblik kontinuirani signal. Niz ovih impulsa, koji se nazivaju uzorci kontinuiranog signala, nije ništa drugo do diskretni signal.
Rice. 1 Za razliku od kontinuiranog signala, može se odrediti diskretni signal. Međutim, češće se označava, zamjenjujući kontinuirano vrijeme t diskretni momenti nT, prateći striktno kroz interval T... Koriste se i kraće oznake: i. Štaviše, u svim ovim zapisima n- cijeli broj koji može imati i pozitivne i negativne vrijednosti. Dakle, na sl. 1 at n < 0 дискретный сигнал ... At n= 0 vrijednost je jednaka vrijednosti signala u trenutku t= 0. Za n> 0 uzoraka ponavlja talasni oblik, jer njihove amplitude su ponekad jednake vrijednostima kontinuiranog signala nT. Rice. 2 Diskretni signali se mogu postaviti grafovima, kao što je prikazano na Sl. 1, po formulama, npr. , u obliku tabela diskretnih vrijednosti, ili u obliku kombinacije ovih metoda. Razmotrimo primjere nekih diskretnih signala dobivenih iz tipičnih analognih signala. Sva sredstva komunikacije koja se danas koriste u svijetu temelje se na prijenosu električne struje s jedne tačke na drugu. I rad na Internetu i razgovor sa prijateljem na telefonu su obezbeđeni zahvaljujući stalnom protoku struje kroz opremu telekomunikacione infrastrukture. Komunikacionim kanalima se mogu prenositi različiti tipovi signala. Ova knjiga pokriva dvije glavne vrste signala: analogni i digitalni. Određeni tipovi fizičkih medija za prijenos, kao što je optički kabel, koriste se za prijenos podataka u mreži provajdera u obliku svjetlosnih signala. Principi digitalnog prijenosa za takav medij su isti, međutim za njegovo organiziranje koriste se laseri i LED diode. Analogni i digitalni signali bitno se razlikuju jedan od drugog. Uobičajeno, možemo reći da se nalaze na različitim krajevima istog spektra. Zbog ovih značajnih razlika između ova dva tipa signala, posredni uređaji kao što su digitalno-analogni pretvarači (o njima se govori kasnije u ovom poglavlju) moraju se koristiti za premošćavanje jaza između njih. Glavna razlika između analognih i digitalnih signala leži u samoj strukturi signalnog toka. Analogni signali su kontinuirani tok koji karakteriziraju promjene frekvencije i amplitude. To znači da je analogni talasni oblik obično sličan sinusnom talasu (tj. harmonijskom talasu) prikazanom na Sl. 1.2. Često u ilustracijama sinusnog talasa, ceo signal karakteriše isti odnos frekvencije i amplitude, ali grafički prikaz kompleksnog talasa pokazuje da taj odnos varira sa frekvencijom.
Digitalni signali odgovaraju diskretnim električnim vrijednostima koje se pojedinačno prenose preko nekog fizičkog medija za prijenos. Za razliku od analognih signala, kod kojih je broj mogućih vrijednosti amplitude gotovo beskonačan, za digitalne signale može uzeti jednu od dvije (ili četiri) različite vrijednosti - i pozitivne i negativne. Digitalni signali se prenose u obliku jedinica i nula, koji se obično nazivaju binarnim. Digitalni tokovi signala su detaljnije razmotreni u Poglavlju 3, Analogno-digitalna konverzija. Kao i kod svake tehnologije, osnovni koncepti i terminologija se koriste za opisivanje analognih signala. Kontinuirani analogni signali imaju tri glavne karakteristike: amplitudu; talasna dužina; frekvencija.