Orice sistem digital de procesare a semnalului, indiferent de complexitatea sa, conține un dispozitiv de calcul digital - o mașină de calcul digitală universală, un microprocesor sau un dispozitiv de calcul special conceput pentru rezolvarea unei probleme specifice. Semnalul care ajunge la intrarea dispozitivului de calcul trebuie convertit într-o formă adecvată pentru procesare pe un computer digital. Ar trebui să fie sub forma unei secvențe de numere reprezentate în codul mașinii.

În unele cazuri, sarcina de a reprezenta semnalul de intrare în formă digitală este relativ ușor de rezolvat. De exemplu, dacă trebuie să transmiteți un text verbal, atunci fiecare caracter (litera) al acestui text trebuie să fie asociat cu un anumit număr și, astfel, semnalul transmis trebuie reprezentat ca o secvență numerică. Ușurința de a rezolva problema în acest caz se explică prin faptul că textul verbal este de natură discretă.

Cu toate acestea, majoritatea semnalelor care trebuie tratate în ingineria radio sunt continue. Acest lucru se datorează faptului că semnalul este o reflectare a unui proces fizic și aproape toate procesele fizice sunt de natură continuă.

Să luăm în considerare procesul de eșantionare a unui semnal continuu folosind un exemplu specific. Să presupunem că temperatura aerului este măsurată la bordul unei anumite nave spațiale; rezultatele măsurătorilor trebuie transmise înapoi pe Pământ la centrul de date. Temperatura

Orez. 1.1. Tipuri de semnale: a - semnal continuu (continuu); 6 - semnal discret; c - oscilația AIM; d - semnal digital

aerul se măsoară continuu; citirile senzorului de temperatură sunt, de asemenea, o funcție continuă a timpului (Fig. 1.1, a). Dar temperatura se schimbă lent, este suficient să-i transmiteți valorile o dată pe minut. În plus, nu este nevoie să-l măsurați cu o precizie mai mare de 0,1 grade. Astfel, în loc de o funcție continuă, se poate transmite o succesiune de valori numerice cu un interval de 1 min (Fig. 1.1, d), iar în intervalele dintre aceste valori, informații despre presiune, umiditate aerului și alte informații științifice pot fi transmise.

Exemplul luat în considerare arată că procesul de eșantionare a semnalelor continue constă în două etape: eșantionarea în timp și eșantionarea în nivel (cuantificare). Un semnal eșantionat numai în timp se numește discret; nu este încă utilizabil pentru procesare într-un dispozitiv digital. Un semnal discret este o secvență ale cărei elemente sunt exact egale cu valorile corespunzătoare ale semnalului continuu original (Fig. 1.1, b). Un exemplu de semnal discret poate fi o secvență de impulsuri cu amplitudine variabilă - oscilație modulată în amplitudine-impuls (Fig. 1.1, c). Analitic, un astfel de semnal discret este descris de expresie

unde este semnalul continuu original; un singur impuls de oscilație AIM.

Dacă durata pulsului este redusă menținându-și aria neschimbată, atunci în limită funcția tinde către funcția -. Atunci expresia semnalului discret poate fi reprezentată ca

Pentru a converti un semnal analog în digital, eșantionarea în timp trebuie să fie urmată de eșantionarea nivelului (cuantificare). Necesitatea cuantizării se datorează faptului că orice dispozitiv de calcul poate funcționa numai cu numere cu un număr finit de cifre. Astfel, cuantizarea este rotunjirea valorilor transmise cu o precizie dată. Deci, în exemplul luat în considerare, valorile temperaturii sunt rotunjite la trei cifre semnificative (Fig. 1.1, d). În alte cazuri, numărul de biți ai valorilor semnalului transmis poate fi diferit. Un semnal eșantionat atât în ​​timp, cât și în nivel se numește digital.

Alegerea intervalelor de eșantionare potrivite din punct de vedere al timpului și al nivelului este foarte importantă la proiectarea sistemelor de procesare a semnalului digital. Cu cât intervalul de eșantionare este mai mic, cu atât semnalul eșantionat corespunde mai precis cu cel continuu original. Cu toate acestea, pe măsură ce intervalul de eșantionare scade în timp, numărul de eșantioane crește, iar pentru a menține timpul total de procesare a semnalului neschimbat, este necesară creșterea vitezei de procesare, ceea ce nu este întotdeauna posibil. Pe măsură ce intervalul de cuantizare scade, sunt necesari mai mulți biți pentru a descrie semnalul, drept urmare filtrul digital devine mai complex și mai greoi.

Semnalele discrete apar în mod natural atunci când o sursă de mesaj oferă informații la momente fixe. Un exemplu este informațiile despre temperatura aerului transmise de posturile de radio de mai multe ori pe zi. Proprietatea unui semnal discret se manifestă aici extrem de clar: în pauzele dintre mesaje, nu există informații despre temperatură. De fapt, temperatura aerului se modifică lin în timp, astfel încât rezultatele măsurătorilor apar datorită prelevării unui semnal continuu - operație prin care se fixează valorile probei.

Semnalele discrete au căpătat o importanță deosebită în ultimele decenii sub influența îmbunătățirii tehnologiei comunicațiilor și a dezvoltării metodelor de procesare a informațiilor cu dispozitive de calcul de mare viteză. S-au făcut pași mari în dezvoltarea și utilizarea dispozitivelor specializate pentru procesarea semnalelor discrete, așa-numitele filtre digitale.

Acest capitol este dedicat luării în considerare a principiilor descrierii matematice a semnalelor discrete, precum și a fundamentelor teoretice ale construcției dispozitivelor liniare pentru prelucrarea acestora.

15.1. Modele de semnal discret

Distincția dintre semnalele discrete și analogice (continue) a fost subliniată în cap. 1 la clasificarea semnalelor tehnice radio. Să ne amintim proprietatea principală a unui semnal discret: valorile sale nu sunt determinate în orice moment, ci numai într-un set numărabil de puncte. Dacă un semnal analogic are un model matematic al formei unei funcții continue sau continue pe bucăți, atunci semnalul discret corespunzător este o secvență de valori eșantion ale semnalului în puncte, respectiv.

Secvența de eșantionare.

În practică, de regulă, mostre de semnale discrete sunt prelevate în timp la un interval egal A, numit interval de eșantionare (pas):

Operația de eșantionare, adică trecerea de la un semnal analogic la un semnal discret, poate fi descrisă prin introducerea în considerare a funcției generalizate

numită secvență de eșantionare.

Evident, un semnal discret este un funcțional (vezi cap. 1), definit pe mulțimea tuturor semnalelor analogice posibile și egal cu produsul scalar al funcției

Formula (15.3) indică modalitatea de implementare practică a unui dispozitiv de eșantionare a unui semnal analogic. Lucrarea eșantionarului se bazează pe operația de deschidere (vezi cap. 12) - înmulțirea semnalului procesat și a funcției „pieptene” Deoarece durata impulsurilor individuale, de la care se adaugă secvența de eșantionare, este egală cu zero, la ieșirea eșantionului ideal în momente echidistante de timp, apar valorile eșantionului semnalului analog procesat ...

Orez. 15.1. Schema bloc a unui modulator de impulsuri

Trenuri de impulsuri modulate.

Semnalele discrete au început să fie folosite încă din anii 40 la crearea sistemelor de inginerie radio cu modulare a impulsurilor. Acest tip de modulație diferă prin aceea că o secvență periodică de impulsuri scurte servește ca „vibrație purtătoare” în loc de semnal armonic.

Un modulator de impulsuri (Fig. 15.1) este un dispozitiv cu două intrări, dintre care una este alimentată cu semnalul analogic original, cealaltă intrare primește impulsuri scurte de sincronizare cu un interval de repetiție. Modulatorul este construit în așa fel încât în ​​momentul aplicării fiecărui impuls de sincronizare să fie măsurată valoarea instantanee a semnalului x (t). La ieșirea modulatorului, are loc o secvență de impulsuri, fiecare dintre ele având o zonă proporțională cu valoarea eșantionului corespunzătoare a semnalului analogic.

Semnalul de la ieșirea modulatorului de impuls va fi numit tren de impulsuri modulat (MIP). Desigur, un semnal discret este un model matematic al IIP.

Rețineți că, din punct de vedere fundamental, natura impulsurilor care alcătuiesc MIP-ul este indiferentă. În special, aceste impulsuri pot avea aceeași durată, în timp ce amplitudinea lor este proporțională cu valorile eșantionate ale semnalului eșantionat. Acest tip de conversie continuă a semnalului se numește modulare impuls-amplitudine (PAM). O altă metodă este posibilă - modularea lățimii impulsului (PWM). Aici amplitudinile impulsurilor la ieșirea modulatorului sunt constante, iar durata (lățimea) lor este proporțională cu valorile instantanee ale oscilației analogice.

Alegerea uneia sau alteia metode de modulare a impulsurilor este dictată de o serie de considerente tehnice, de comoditatea implementării circuitului, precum și de caracteristicile semnalelor transmise. De exemplu, este nepotrivit să utilizați AMM dacă semnalul dorit variază într-o gamă foarte largă, adică, așa cum se spune adesea, are o gamă dinamică largă. Pentru transmiterea nedistorsionată a unui astfel de semnal, este necesar un transmițător cu o caracteristică de amplitudine strict liniară. Crearea unui astfel de transmițător este o problemă independentă, dificilă din punct de vedere tehnic. Sistemele PWM nu impun cerințe privind liniaritatea caracteristicilor de amplitudine ale transmițătorului. Cu toate acestea, implementarea circuitului lor se poate dovedi a fi ceva mai complicată în comparație cu sistemele AIM.

Un model matematic al unui MIP ideal poate fi obținut după cum urmează. Luați în considerare formula pentru reprezentarea dinamică a semnalului (vezi cap. 1):

Întrucât IIP este definit doar în punctele de integrare din formula (15.4), ar trebui înlocuit cu însumarea peste indicele k. Rolul diferenţialului va fi jucat de intervalul de eşantionare (pasul). Apoi modelul matematic al trenului de impulsuri modulate format din impulsuri infinit scurte va fi dat de expresia

unde sunt valorile eșantionate ale semnalului analogic.

Densitatea spectrală a trenului de impulsuri modulate.

Să investigăm spectrul semnalului care apare la ieșirea unui modulator de impuls ideal și descris prin expresia (15.5).

Rețineți că semnalul de tip MIP, până la coeficientul de proporționalitate A, este egal cu produsul funcției și secvența de eșantionare

Se știe că spectrul produsului a două semnale este proporțional cu convoluția densităților spectrale ale acestora (vezi cap. 2). Prin urmare, dacă se cunosc legile corespondenței dintre semnale și spectre:

atunci densitatea spectrală a semnalului MIP este

Pentru a găsi densitatea spectrală a secvenței de eșantionare, extindem funcția periodică într-o serie complexă Fourier:

Coeficienții acestei serii

Revenind la formula (2.44), obținem

adică, spectrul secvenței de eșantionare constă dintr-o colecție infinită de impulsuri delta în domeniul frecvenței. Această densitate spectrală este o funcție periodică cu o perioadă

În sfârșit, înlocuind formula (15.8) în (15.7) și schimbând ordinea operațiilor de integrare și însumare, găsim

Deci, spectrul unui semnal obținut ca urmare a eșantionării ideale cu impulsuri stroboscopice infinit scurte este suma unui număr infinit de „copii” ale spectrului semnalului analogic original. Copiile sunt situate pe axa frecvenței la intervale egale egale cu valoarea frecvenței unghiulare a primei armonice a secvenței impulsurilor de eșantionare (Fig. 15.2, a, b).

Orez. 15.2. Densitatea spectrală a secvenței de impulsuri modulate la diferite valori ale frecvenței de tăiere superioare: a - frecvența de tăiere superioară este ridicată; b - frecvența de tăiere superioară este scăzută (culoarea indică densitatea spectrală a semnalului original supus eșantionării)

Reconstrucția unui semnal continuu dintr-o secvență de impulsuri modulată.

În cele ce urmează, vom presupune că semnalul real are un spectru de frecvență joasă, simetric față de un punct și limitat de frecvența de tăiere superioară. 15.2, b rezultă că dacă, atunci copiile individuale ale spectrului nu se suprapun.

Prin urmare, un semnal analogic cu un astfel de spectru, supus eșantionării impulsurilor, poate fi reconstruit cu precizie folosind un filtru trece-jos ideal, la intrarea căruia este alimentată o secvență de impulsuri de forma (15.5). În acest caz, cel mai mare interval de eșantionare permis, care este în concordanță cu teorema Kotelnikov.

Într-adevăr, lăsați filtrul care restabilește semnalul continuu să aibă un coeficient de transmisie a frecvenței

Răspunsul la impuls al acestui filtru este descris de expresie

Ținând cont de faptul că semnalul MIP de forma (15.5) este suma ponderată a impulsurilor delta, găsim răspunsul la ieșirea filtrului de reconstrucție.

Acest semnal repetă forma de undă originală cu un spectru limitat până la factorul de scară.

Un filtru trece-jos ideal este irealizabil din punct de vedere fizic și poate servi doar ca model teoretic pentru a explica principiul recuperării unui mesaj din numărul de impulsuri discrete. Un filtru trece-jos real are un AFC care fie acoperă mai mulți lobi ai diagramei spectrale MIP, fie, concentrându-se în apropierea frecvenței zero, se dovedește a fi mult mai îngust decât lobul central al spectrului. De exemplu, în Fig. 15.3, b-f prezintă curbele care caracterizează semnalul la ieșirea circuitului RC folosit ca filtru de recuperare (Fig. 15.3, a).

Orez. 15.3. Recuperarea unui semnal continuu din contorizarea impulsurilor sale folosind un circuit RC: a - circuit de filtru; b - semnal de intrare discret; c, d - răspunsul în frecvență al filtrului și semnalul la ieșirea acestuia în carcasă; d, f - la fel, pentru caz

Din graficele de mai sus se poate observa că un filtru de reconstrucție reală distorsionează inevitabil oscilația de intrare.

Rețineți că atât lobul central, cât și orice lobul lateral al diagramei spectrale pot fi utilizate pentru a reconstrui semnalul.

Determinarea spectrului unui semnal analogic dintr-un set de mostre.

Având o reprezentare MIP, este posibil nu numai să se reconstruiască semnalul analogic, ci și să se găsească densitatea spectrală a acestuia. Pentru aceasta, este necesar, în primul rând, să relaționăm direct densitatea spectrală a IIP cu valorile de referință:

(15.13)

Această formulă rezolvă în mod exhaustiv problema sub constrângerea de mai sus.

Conceptul de interfață a centralelor telefonice automate digitale

CSK ar trebui să furnizeze o interfață (comună) cu linii analogice și digitale de abonat (AL) și sisteme de transmisie.

Comun se numește granița dintre două blocuri funcționale, care este determinată de caracteristicile funcționale, caracteristicile generale ale unei conexiuni fizice, caracteristicile semnalelor și alte caracteristici în funcție de specific.

Îmbinarea oferă o definiție unică a parametrilor de conectare între două dispozitive. Acești parametri se referă la tipul, numărul și funcția rețelelor de interconectare, precum și tipul, forma și secvența semnalelor care sunt transmise de-a lungul acestor rețele.

Se stabilește definirea precisă a tipurilor, cantității, formei și succesiunii conexiunilor și relația dintre două blocuri funcționale la joncțiunea dintre ele. caietul de sarcini comun.

Conexiunile PBX digitale pot fi împărțite în următoarele

Abonament analogic;

Interfață digitală de abonat;

conexiune de abonat ISDN;

Îmbinări de rețea (digitale și analogice).

Conectori inel

Structurile inele își găsesc aplicații într-o varietate de domenii de comunicare. În primul rând, acestea sunt sisteme de transmisie în formă de inel cu canalizare temporară, care au în esență configurația unor linii unidirecționale conectate în serie, formând un circuit închis sau inel. În același timp, în fiecare nod al rețelei sunt implementate două funcții principale:

1) fiecare nod funcționează ca un regenerator pentru a restabili semnalul digital de intrare și a-l transmite din nou;

la nodurile rețelei, structura ciclului de grupare temporară este recunoscută și comunicarea se realizează de-a lungul inelului prin intermediul

2) îndepărtarea și inserarea unui semnal digital în anumite intervale de timp atribuite fiecărui nod.

Capacitatea de a realoca intervale de timp între perechi arbitrare de noduri într-un sistem inel de trunchi de timp înseamnă că inelul este un sistem de transmisie și comutare distribuită. Ideea transmisiei și comutării simultane în structurile de inel a fost extinsă la câmpurile de comutare digitale.

În acest aranjament, o conexiune full duplex poate fi stabilită între oricare două noduri folosind un singur canal. În acest sens, circuitul inel realizează transformarea spațiu-timp a coordonatelor semnalului și poate fi considerat una dintre opțiunile de construire a etapei S/T.

Semnale analogice, discrete, digitale

În sistemele de telecomunicații, informațiile sunt transmise prin intermediul semnalelor. Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor dă următoarea definiție semnal:

Un semnal de la sistemele de telecomunicații este un set de unde electromagnetice care se propagă printr-un canal de transmisie unidirecțională și sunt concepute pentru a afecta un dispozitiv de recepție.

1) semnal analog- un semnal în care fiecare parametru reprezentativ este dat de o funcție de timp continuă cu un set continuu de valori posibile

2) semnal discret de nivel - un semnal ale cărui valori ale parametrilor reprezentativi sunt date de o funcție de timp continuă cu un set finit de valori posibile. Procesul de eșantionare a unui semnal după nivel este numit cuantificare;

3) semnal de timp discret - semnal în care fiecare parametru reprezentativ este dat de o funcție de timp discretă cu un set continuu de valori posibile

4) semnal digital - un semnal ale cărui valori ale parametrilor reprezentativi sunt date de o funcție de timp discretă cu un set finit de valori posibile

Modulare este transformarea unui semnal în altul prin modificarea parametrilor semnalului purtător în conformitate cu semnalul convertit. Semnalele armonice, trenurile periodice de impulsuri etc. sunt folosite ca semnal purtător.

De exemplu, atunci când se transmite un semnal digital printr-un cod binar, o componentă constantă a semnalului poate apărea din cauza prevalenței celor în toate cuvintele de cod.

Absența unei componente constante în linie permite utilizarea potrivirii transformatoareîn dispozitive liniare, precum și pentru a asigura alimentarea de la distanță a regeneratoarelor cu curent continuu. Pentru a scăpa de componenta DC nedorită a semnalului digital, semnalele binare sunt convertite folosind coduri speciale înainte de a fi trimise la linie. Pentru sistemul primar de transmisie digitală (DSP) se adoptă codul HDB3.

Codificarea unui semnal binar într-un semnal cvasiternar modificat folosind codul HDB3 se realizează conform următoarelor reguli (Fig. 1.5).

Orez. 1.5. Coduri binare și coduri HDB3 corespunzătoare

Modularea codului de impuls

Se numește conversia unui semnal analogic primar continuu într-un cod digital modularea codului de impuls(PCM). Operațiile principale în PCM sunt operațiile de eșantionare în timp, cuantizare (eșantionare la nivelul unui semnal de timp discret) și codare.

Eșantionarea în timp a unui semnal analogic se numește o transformare în care un parametru reprezentativ al unui semnal analogic este stabilit de un set de valori ale acestuia la momente discrete, sau, cu alte cuvinte, în care dintr-un semnal analogic continuu CT)(Fig. 1.6, a) primiți valorile eșantionului cu"(Fig. 1.6, b). Valorile parametrului de semnal reprezentativ obținut ca urmare a operației de eșantionare în timp se numesc eșantioane.

Cele mai răspândite sunt sistemele de transmisie digitală, în care se utilizează eșantionarea uniformă a unui semnal analogic (eșantioanele acestui semnal se fac la intervale de timp egale). În cazul eșantionării uniforme, se folosesc următoarele concepte: interval de prelevare At(interval de timp dintre două mostre adiacente ale unui semnal discret) și rata de eșantionare Fd(reciproca intervalului de eșantionare). Mărimea intervalului de eșantionare este selectată în conformitate cu teorema Kotelnikov.

Conform teoremei lui Kotelnikov, un semnal analogic cu un spectru limitat și un interval infinit de observare poate fi restabilit fără erori de la un semnal discret obținut prin eșantionarea semnalului analogic original dacă frecvența de eșantionare este de două ori mai mare decât frecvența maximă a spectrului semnalului analogic:

teorema lui Kotelnikov

Teorema lui Kotelnikov (în literatura în limba engleză - teorema Nyquist-Shannon) afirmă că, dacă semnalul analogic x (t) are un spectru limitat, atunci poate fi reconstruit fără ambiguitate și fără pierderi din eșantioanele sale discrete prelevate cu o frecvență mai mare de de două ori frecvența maximă a spectrului Fmax...

Discretență în traducerea din latină înseamnă discontinuitate. Acest concept este folosit în diferite ramuri ale științei, în special electronică, fizică, biologie, matematică și așa mai departe. În electronică, există conceptul de semnal discret, care prevede transmiterea de informații în condiții de modificare a valorilor posibile ale mediului de transmisie. În plus, discontinuitatea este utilizată în alte domenii mai sensibile, de exemplu, în microelectronică. În special, atunci când se dezvoltă circuite discrete, care sunt elemente ale liniilor de comunicație.

Cum se aplică discretitatea în electronică

Tehnologiile moderne de comunicare existente, inclusiv programele de calculator dezvoltate pentru aceasta, asigură transmiterea vocii, care este un flux de sunet. În același timp, dezvoltatorii unor astfel de echipamente și software se confruntă cu faptul că fluxul de voce este un val continuu, a cărui transmisie este posibilă numai pe un canal cu lățime de bandă mare. Utilizarea lui este prea costisitoare, atât din punct de vedere al resurselor, cât și din punct de vedere financiar. Această problemă este rezolvată folosind principii discrete.

Un semnal discret este, în loc de o undă continuă standard, o expresie digitală specială care îl poate descrie. Cu frecvența setată, parametrii undei sunt convertiți în informații digitale și trimiși pentru recepție. De fapt, se dovedește că asigură comunicarea cu o utilizare minimă a resurselor și energiei.

Discretența vă permite să reduceți semnificativ fluxul total de date, formând o transmisie de pachete din acesta. Totodată, datorită faptului că se observă eșantionarea undei cu intervale între lucru și pauze, probabilitatea de distorsiune este exclusă. Se creează o garanție că partea trimisă a pachetului de date va fi livrată la destinația dorită, iar următoarea parte va fi deja transmisă după aceasta. În cazul undelor obișnuite, posibilitatea de interferență este mult mai mare.

Exemple de discretitate cea mai simplă

Manualele de fizică folosesc adesea analogia unei cărți tipărite pentru a explica conceptul de discretitate atunci când este aplicat unui semnal. Deci, la citirea acestuia, se percepe un flux continuu al informațiilor declarate. Mai mult, de fapt, toate informațiile conținute în acesta sunt un cod format dintr-un set de litere, spații și semne de punctuație. Inițial, modul de comunicare al unei persoane este vocea, dar prin scriere este posibilă înregistrarea sunetului folosind un cod alfabetic. Totodată, dacă luăm în considerare capacitatea în kiloocteți sau megaocteți, atunci volumul textului tipărit va ocupa mai puțin spațiu decât înregistrarea sa sonoră.

Revenind la exemplul cu cartea, rezultă că autorul ei creează un anumit semnal discret, rupând fluxul audio în blocuri și prezentându-le într-un anumit mod de codificare, adică în limbaj scris. Cititorul însuși, care deschide cartea, prin cunoștințele sale despre codificare și gândire, combină litere discrete într-un flux continuu de informații. Acest exemplu ajută cu mare succes la explicarea într-un limbaj simplificat de ce este necesară discreția și de ce este atât de strâns legată de semnalele utilizate în electronică.

Desene animate vechi desenate manual sunt un exemplu simplu de discretie vizuala. Rama lor era alcătuită din zeci de poze, care se succedau cu mici pauze. Fiecare poză ulterioară se schimbă ușor, așa că ochiului uman i se pare că personajele de pe ecran se mișcă. Datorită discretității, este în general posibil să se formeze o imagine în mișcare.

Exemplul cu desene animate afișează doar o parte din proprietatea discretității. O tehnologie similară este utilizată pentru producția video. Merită să ne amintim benzile de film sau benzile de film vechi, când pe o bandă lungă există multe imagini mici, atunci când sunt schimbate, se creează efectul de mișcare pe ecran. Deși tehnologiile moderne s-au îndepărtat de suporturile materiale ale unui astfel de personal, principiul discretității este încă folosit, deși modificat.

Semnal discret

Acest concept vă permite să afișați opusul fenomenului unui semnal continuu. La utilizarea continuității, una dintre manifestări este o undă sonoră cu o anumită amplitudine și frecvență, care este difuzată în mod constant, fără pauze. Deși există câteva metode destul de eficiente de procesare a unui semnal continuu sau așa-numitul analog, care pot reduce volumul fluxului de informații, acestea nu sunt atât de eficiente. Utilizarea procesării discrete face posibilă ca echipamentele să fie mai puțin voluminoase și să se abandoneze comunicațiile costisitoare. În electronică, conceptul de semnal discret și digital este practic același lucru.

Avantajele incontestabile ale unui semnal discret includ:

• Capacitatea de a evita denaturarea informațiilor.
• Oferă imunitate ridicată la zgomot, care este posibilă ca urmare a utilizării codării informațiilor.
• Abilitatea de a arhiva date pentru a salva resurse media.
• Oferă capacitatea de a difuza informații din diverse surse printr-un singur canal.
• Prezența unei descrieri matematice simplificate.

Nu lipsit de discreție și deficiențe. Atunci când îl utilizați, este necesară utilizarea unor tehnologii înalte și, prin urmare, părțile critice ale mecanismelor electronice își pierd capacitatea de a efectua reparații artizanale. În cazul unei defecțiuni grave, este necesară înlocuirea unităților individuale. În plus, este posibilă pierderea parțială a informațiilor, care este conținută într-un semnal discret.

Modalități de implementare a discretității atunci când lucrați cu semnale

După cum sa explicat deja, un semnal discret este o secvență de valori codificate digital. Există diverse metode de codificare, dar semnalele digitale binare sunt considerate una dintre cele mai populare. Sunt folosite în aproape toate dispozitivele electronice, deoarece sunt ușor de codat și decodat.

Semnalul digital discret are două valori „1” și „0”. Este generată o tensiune de impuls pentru transmiterea datelor. După ce pulsul este generat, dispozitivul de recepție percepe o parte a semnalului ca „1”, iar pauza ulterioară după aceea ca „0”. Echipamentul de decodificare estimează frecvența impulsurilor furnizate și realizează restabilirea acestora la datele originale. Dacă te uiți la graficul unui semnal discret, poți vedea că tranziția între valoarea zero și valoarea maximă are loc instantaneu. Graficul este format din colțuri dreptunghiulare, când linia dintre valorile de sus și de jos nu are o tranziție lină. Datorită acestui fapt, echipamentul de recepție citește clar informațiile, eliminând astfel interferența, deoarece chiar și un impuls slab recepționat va fi citit ca maxim, adică „1”, iar pauza ca „0”.

Deși discretitatea poate reduce semnificativ formarea interferențelor, nu poate exclude absența lor completă. Dacă există un nivel ridicat de zgomot în fluxul digital, atunci este imposibil să recuperați datele din semnalele primite. În cazul semnalelor analogice continue, pot fi aplicate diverse filtre pentru a elimina distorsiunile și a restabili informațiile. De aceea principiul discretității nu se aplică întotdeauna.

Implementarea tehnică a principiilor discretității

Semnalele discrete sunt folosite pentru a înregistra pe suporturi bine-cunoscute, cum ar fi CD-uri, DVD-uri și așa mai departe. Ele sunt citite de playere digitale, telefoane mobile, modemuri și practic orice echipament tehnic pe care toată lumea îl folosește zilnic. Toate tehnologiile multimedia constau în dispozitive de compresie, codare și decodare, ceea ce permite lucrul cu semnale discrete.

Chiar și acele zone care au folosit inițial tehnologii de transmisie continuă a datelor încep să abandoneze această metodă și să introducă discreție. Toate echipamentele audio moderne funcționează în acest fel. Există, de asemenea, o abandonare treptată a televiziunii analogice. Absența unei tranziții ascuțite de la o tehnologie la a doua se observă datorită faptului că semnalul discret poate fi convertit înapoi în analog. Acest lucru asigură o anumită compatibilitate a diferitelor sisteme.

Dacă luăm în considerare mai multe exemple de echipamente în care se aplică principiile discretității, atunci astfel de exemple includ:

• Plăci de sunet.
• Instrumente muzicale electronice.
• Navigatori.
• Camere digitale.

Domeniul de aplicare al principiului discretității este foarte larg. În acest sens, echipamentul în care este introdus progresează semnificativ, în timp ce confortul utilizării unor astfel de echipamente crește de multe ori.

Există semnale analogice, discrete și digitale. Semnalele analogice sunt descrise de o funcție continuă în timp care poate lua orice valoare într-un anumit interval; semnalele discrete sunt secvențe sau mostre ale unei funcții luate la anumite momente discrete de timp nT; semnalele digitale sunt semnale care la momente discrete de timp nT luați valori finite discrete - niveluri de cuantizare, care sunt apoi codificate cu numere binare. Dacă în circuitul microfonului este introdusă o cheie (Fig. 1), unde curentul este o funcție continuă a timpului și se închide periodic pentru scurte momente, atunci curentul din circuit va avea forma unor impulsuri înguste cu amplitudini care repetă forma de un semnal continuu. Secvența acestor impulsuri, care sunt numite mostre ale unui semnal continuu, nu este altceva decât un semnal discret.
Orez. 1 Spre deosebire de un semnal continuu, poate fi desemnat un semnal discret. Cu toate acestea, mai des este notat, înlocuind timpul continuu t momente discrete nT, urmând strict prin interval T... Se mai folosesc denumiri mai scurte: și. Mai mult, în toate aceste înregistrări n- un număr întreg care poate lua atât valori pozitive, cât și negative. Deci, în fig. 1 la n < 0 дискретный сигнал ... La n= 0 valoarea este egală cu valoarea semnalului la momentul respectiv t= 0. Pentru n> 0 mostre repetă forma de undă, deoarece amplitudinile lor sunt uneori egale cu valorile semnalului continuu nT. Orez. 2 Semnalele discrete pot fi setate prin grafice, așa cum se arată în Fig. 1, prin formule, de exemplu, , sub forma de tabele de valori discrete, sau sub forma unei combinații a acestor metode. Să luăm în considerare exemple de unele semnale discrete obținute din semnale analogice tipice. Toate mijloacele de comunicare care sunt folosite astăzi în lume se bazează pe transferul de curent electric dintr-un punct în altul. Atât lucrul pe internet, cât și o conversație cu un prieten la telefon sunt asigurate datorită fluxului constant de curent prin echipamentele infrastructurii de telecomunicații. Pe canalele de comunicare pot fi transmise diferite tipuri de semnale. Această carte acoperă două tipuri principale de semnale: analog și digital. Anumite tipuri de medii fizice de transmisie, cum ar fi cablul de fibră optică, sunt folosite pentru a transmite date în rețeaua furnizorului sub formă de semnale luminoase. Principiile transmisiei digitale pentru un astfel de mediu sunt aceleași, cu toate acestea, lasere și LED-uri sunt folosite pentru a-l organiza. Semnalele analogice și digitale sunt fundamental diferite unele de altele. În mod convențional, putem spune că se află la capete diferite ale aceluiași spectru. Din cauza acestor diferențe semnificative între cele două tipuri de semnale, dispozitivele intermediare, cum ar fi convertoarele digital-analogic (acestea sunt discutate mai târziu în acest capitol) trebuie să fie utilizate pentru a reduce decalajul dintre ele. Principala diferență dintre semnalele analogice și digitale constă în însăși structura fluxului de semnal. Semnalele analogice sunt un flux continuu caracterizat prin modificări ale frecvenței și amplitudinii. Aceasta înseamnă că forma de undă analogică este de obicei similară cu unda sinusoidală (adică unda armonică) prezentată în Fig. 1.2. Adesea, în ilustrațiile cu undă sinusoidală, întregul semnal este caracterizat de același raport frecvență-amplitudine, dar reprezentarea grafică a unei unde complexe arată că acest raport variază în funcție de frecvență.
Semnalele digitale corespund unor valori electrice discrete care sunt transmise individual pe un mediu de transmisie fizic. Spre deosebire de semnalele analogice, în care numărul de valori posibile ale amplitudinii este aproape infinit, pentru semnalele digitale poate lua una dintre două (sau patru) valori diferite - atât pozitive, cât și negative. Semnalele digitale sunt transmise sub formă de unu și zero, care sunt denumite în mod obișnuit binare. Fluxurile de semnal digital sunt discutate mai detaliat în Capitolul 3, Conversia analog-digitală. Ca în cazul oricărei tehnologii, conceptele și terminologia de bază sunt folosite pentru a descrie semnalele analogice. Semnalele analogice continue au trei caracteristici principale: amplitudine; lungime de undă; frecvență.