Çdo sistem i përpunimit të sinjalit dixhital, pavarësisht nga kompleksiteti i tij, përmban një pajisje llogaritëse dixhitale - një makinë kompjuterike dixhitale universale, një mikroprocesor ose një pajisje kompjuterike të krijuar posaçërisht për zgjidhjen e një problemi specifik. Sinjali që arrin në hyrjen e pajisjes llogaritëse duhet të konvertohet në një formë të përshtatshme për përpunim në një kompjuter dixhital. Duhet të jetë në formën e një sekuence numrash të paraqitur në kodin e makinës.

Në disa raste, detyra e përfaqësimit të sinjalit të hyrjes në formë dixhitale është relativisht e lehtë për t'u zgjidhur. Për shembull, nëse keni nevojë të transmetoni një tekst verbal, atëherë çdo karakter (gërmë) i këtij teksti duhet të shoqërohet me një numër të caktuar dhe, kështu, sinjali i transmetuar duhet të përfaqësohet si një sekuencë numerike. Lehtësia e zgjidhjes së problemit në këtë rast shpjegohet me faktin se teksti verbal ka natyrë diskrete.

Megjithatë, shumica e sinjaleve që duhet të trajtohen në inxhinierinë radio janë të vazhdueshme. Kjo për faktin se sinjali është një reflektim i disa proceseve fizike, dhe pothuajse të gjitha proceset fizike janë të vazhdueshme në natyrë.

Le të shqyrtojmë procesin e kampionimit të një sinjali të vazhdueshëm duke përdorur një shembull specifik. Le të supozojmë se temperatura e ajrit matet në bordin e një anijeje të caktuar kozmike; rezultatet e matjes duhet të transmetohen përsëri në Tokë në qendrën e të dhënave. Temperatura

Oriz. 1.1. Llojet e sinjaleve: a - sinjal i vazhdueshëm (i vazhdueshëm); 6 - sinjal diskret; c - Lëkundje AIM; d - sinjal dixhital

ajri matet vazhdimisht; Leximet e sensorit të temperaturës janë gjithashtu një funksion i vazhdueshëm i kohës (Fig. 1.1, a). Por temperatura ndryshon ngadalë, mjafton që vlerat e saj të transmetohen një herë në minutë. Përveç kësaj, nuk ka nevojë të matet me një saktësi më të lartë se 0,1 gradë. Kështu, në vend të një funksioni të vazhdueshëm, një sekuencë vlerash numerike mund të transmetohet me një interval prej 1 min (Fig. 1.1, d), dhe në intervalet midis këtyre vlerave, informacione për presionin, lagështinë e ajrit dhe informacione të tjera shkencore. mund të transmetohet.

Shembulli i shqyrtuar tregon se procesi i kampionimit të sinjaleve të vazhdueshme përbëhet nga dy faza: kampionimi në kohë dhe kampionimi në nivel (kuantizimi). Një sinjal i kampionuar vetëm në kohë quhet diskret; nuk është ende i përdorshëm për përpunim në një pajisje dixhitale. Një sinjal diskret është një sekuencë, elementët e së cilës janë saktësisht të barabartë me vlerat përkatëse të sinjalit origjinal të vazhdueshëm (Fig. 1.1, b). Një shembull i një sinjali diskret mund të jetë një sekuencë pulsesh me amplitudë të ndryshme - luhatje të moduluara nga amplituda-pulsi (Fig. 1.1, c). Në mënyrë analitike, një sinjal i tillë diskret përshkruhet nga shprehja

ku është sinjali origjinal i vazhdueshëm; impuls i vetëm i lëkundjes AIM.

Nëse kohëzgjatja e pulsit zvogëlohet duke mbajtur zonën e tij të pandryshuar, atëherë në kufi funksioni tenton në funksionin -. Atëherë shprehja për sinjalin diskret mund të përfaqësohet si

Për të kthyer një sinjal analog në dixhital, kampionimi i kohës duhet të pasohet nga kampionimi i nivelit (kuantizimi). Nevoja për kuantizim është për faktin se çdo pajisje llogaritëse mund të funksionojë vetëm me numra me një numër të kufizuar shifrash. Kështu, kuantizimi është rrumbullakimi i vlerave të transmetuara me një saktësi të caktuar. Pra, në shembullin e konsideruar, vlerat e temperaturës janë të rrumbullakosura në tre shifra domethënëse (Fig. 1.1, d). Në raste të tjera, numri i biteve të vlerave të sinjalit të transmetuar mund të jetë i ndryshëm. Një sinjal i kampionuar si në kohë ashtu edhe në nivel quhet dixhital.

Zgjedhja e intervaleve të duhura të kampionimit për sa i përket kohës dhe nivelit është shumë e rëndësishme gjatë projektimit të sistemeve të përpunimit të sinjalit dixhital. Sa më i vogël të jetë intervali i marrjes së mostrave, aq më saktë sinjali i mostrës korrespondon me atë origjinal të vazhdueshëm. Sidoqoftë, me një ulje të intervalit të marrjes së mostrave në kohë, numri i mostrave rritet, dhe për të mbajtur të pandryshuar kohën totale të përpunimit të sinjalit, është e nevojshme të rritet shpejtësia e përpunimit, gjë që nuk është gjithmonë e mundur. Me zvogëlimin e intervalit të kuantizimit, kërkohen më shumë bit për të përshkruar sinjalin, si rezultat i të cilit filtri dixhital bëhet më kompleks dhe më i rëndë.

Sinjalet diskrete lindin natyrshëm kur një burim mesazhi jep informacion në kohë fikse. Një shembull është informacioni mbi temperaturën e ajrit të transmetuar nga stacionet e transmetimit radio disa herë në ditë. Vetia e një sinjali diskret manifestohet këtu jashtëzakonisht qartë: në pauzat midis mesazheve, nuk ka informacion për temperaturën. Në fakt, temperatura e ajrit ndryshon pa probleme me kalimin e kohës, kështu që rezultatet e matjes shfaqen për shkak të marrjes së mostrave të një sinjali të vazhdueshëm - një operacion që rregullon vlerat e mostrës.

Sinjalet diskrete kanë marrë një rëndësi të veçantë në dekadat e fundit nën ndikimin e përmirësimit të teknologjisë së komunikimit dhe zhvillimit të metodave për përpunimin e informacionit me pajisje llogaritëse me shpejtësi të lartë. Janë bërë hapa të mëdhenj në zhvillimin dhe përdorimin e pajisjeve të specializuara për përpunimin e sinjaleve diskrete, të ashtuquajturat filtra dixhitalë.

Ky kapitull i kushtohet shqyrtimit të parimeve të përshkrimit matematik të sinjaleve diskrete, si dhe bazave teorike të ndërtimit të pajisjeve lineare për përpunimin e tyre.

15.1. Modelet e sinjaleve diskrete

Dallimi midis sinjaleve diskrete dhe analoge (të vazhdueshme) u theksua në K. 1 kur klasifikon sinjalet radioteknike. Le të kujtojmë veçorinë kryesore të një sinjali diskret: vlerat e tij përcaktohen jo në çdo kohë, por vetëm në një grup pikash të numërueshme. Nëse një sinjal analog ka një model matematikor të formës së një funksioni të vazhdueshëm ose pjesërisht të vazhdueshëm, atëherë sinjali diskret përkatës është një sekuencë e vlerave të mostrës së sinjalit në pika, përkatësisht.

Sekuenca e kampionimit.

Në praktikë, si rregull, mostrat e sinjaleve diskrete merren në kohë në një interval të barabartë A, i quajtur intervali i kampionimit (hapi):

Operacioni i kampionimit, d.m.th., kalimi nga një sinjal analog në një sinjal diskret, mund të përshkruhet duke futur në konsideratë funksionin e përgjithësuar

quhet një sekuencë kampionimi.

Natyrisht, një sinjal diskret është një funksional (shih Kap. 1), i përcaktuar në grupin e të gjitha sinjaleve analoge të mundshme dhe i barabartë me produktin skalar të funksionit

Formula (15.3) tregon mënyrën e zbatimit praktik të një pajisjeje për marrjen e mostrave të një sinjali analog. Puna e kampionuesit bazohet në operacionin e marrjes së kampionit (shih kapitullin 12) - shumëzimi i sinjalit të përpunuar dhe funksioni "krehër" Meqenëse kohëzgjatja e pulseve individuale nga të cilat shtohet sekuenca e kampionimit është e barabartë me zero, në dalja e kampionuesit ideal në momente të barabarta kohore, shfaqen vlerat e mostrës së sinjalit analog të përpunuar ...

Oriz. 15.1. Diagrami bllok i një modulatori të pulsit

Trenat e pulsit të moduluar.

Sinjalet diskrete filluan të përdoren në vitet '40 kur krijuan sisteme inxhinierike radio me modulim pulsi. Ky lloj modulimi ndryshon në atë që një sekuencë periodike e pulseve të shkurtra shërben si një "dridhje bartëse" në vend të një sinjali harmonik.

Një modulator pulsi (Fig. 15.1) është një pajisje me dy hyrje, njëra prej të cilave furnizohet me sinjalin analog origjinal. Hyrja tjetër merr impulse të shkurtra sinkronizuese me një interval përsëritjeje. Modulatori është i ndërtuar në atë mënyrë që në momentin e aplikimit të çdo impulsi sinkronizues të matet vlera e çastit e sinjalit x (t). Në daljen e modulatorit, ndodh një sekuencë pulsesh, secila prej të cilave ka një zonë proporcionale me vlerën përkatëse të mostrës së sinjalit analog.

Sinjali në daljen e modulatorit të pulsit do të quhet një tren pulsi i moduluar (MIP). Natyrisht, sinjali diskret është një model matematikor i IIP.

Vini re se, nga një këndvështrim themelor, natyra e pulseve që përbëjnë MIP është indiferente. Në veçanti, këto impulse mund të kenë të njëjtën kohëzgjatje, ndërsa amplituda e tyre është proporcionale me vlerat e mostrës së sinjalit të mostrës. Ky lloj i konvertimit të vazhdueshëm të sinjalit quhet modulim impuls-amplitudë (PAM). Një metodë tjetër është e mundur - modulimi i gjerësisë së pulsit (PWM). Këtu amplituda e pulseve në daljen e modulatorit janë konstante, dhe kohëzgjatja (gjerësia) e tyre është proporcionale me vlerat e menjëhershme të lëkundjes analoge.

Zgjedhja e një ose një metode tjetër të modulimit të pulsit diktohet nga një numër konsideratash teknike, komoditeti i zbatimit të qarkut, si dhe tiparet karakteristike të sinjaleve të transmetuara. Për shembull, është e papërshtatshme të përdoret AMM nëse sinjali i dëshiruar ndryshon në një gamë shumë të gjerë, d.m.th., siç thuhet shpesh, ka një gamë të gjerë dinamike. Për transmetimin e padeformuar të një sinjali të tillë, kërkohet një transmetues me një karakteristikë rreptësisht lineare të amplitudës. Krijimi i një transmetuesi të tillë është një problem i pavarur, teknikisht i vështirë. Sistemet PWM nuk imponojnë kërkesa për linearitetin e karakteristikave të amplitudës së transmetuesit. Sidoqoftë, zbatimi i qarkut të tyre mund të rezultojë disi më i ndërlikuar në krahasim me sistemet AIM.

Një model matematikor i një MIP ideal mund të merret si më poshtë. Merrni parasysh formulën për paraqitjen dinamike të sinjalit (shih Kapitullin 1):

Meqenëse IIP është përcaktuar vetëm në pikat e integrimit në formulën (15.4) duhet të zëvendësohet me përmbledhjen mbi indeksin k. Roli i diferencialit do të luhet nga intervali i kampionimit (hapi). Pastaj modeli matematik i trenit të pulsit të moduluar të formuar nga impulse pafundësisht të shkurtra do të jepet me shprehjen

ku janë vlerat e mostrës së sinjalit analog.

Dendësia spektrale e trenit të pulsit të moduluar.

Le të hetojmë spektrin e sinjalit që lind në daljen e një modulatori ideal të pulsit dhe të përshkruar me shprehjen (15.5).

Vini re se sinjali i tipit MIP, deri në koeficientin e proporcionalitetit A, është i barabartë me produktin e funksionit dhe sekuencën e kampionimit

Dihet se spektri i produktit të dy sinjaleve është në përpjesëtim me konvolucionin e dendësisë së tyre spektrale (shih kapitullin 2). Prandaj, nëse njihen ligjet e korrespondencës midis sinjaleve dhe spektrave:

atëherë dendësia spektrale e sinjalit MIP është

Për të gjetur dendësinë spektrale të sekuencës së kampionimit, ne zgjerojmë funksionin periodik në një seri komplekse Fourier:

Koeficientët e kësaj serie

Duke iu kthyer formulës (2.44), marrim

domethënë, spektri i sekuencës së kampionimit përbëhet nga një koleksion i pafund pulsesh delta në domenin e frekuencës. Kjo dendësi spektrale është një funksion periodik me një periudhë

Së fundi, duke zëvendësuar formulën (15.8) në (15.7) dhe duke ndryshuar rendin e operacioneve të integrimit dhe përmbledhjes, gjejmë

Pra, spektri i një sinjali të marrë si rezultat i kampionimit ideal me impulse strobe pafundësisht të shkurtra është shuma e një numri të pafund "kopjesh" të spektrit të sinjalit analog origjinal. Kopjet janë të vendosura në boshtin e frekuencës në intervale të barabarta të barabarta me vlerën e frekuencës këndore të harmonikës së parë të sekuencës së pulsit të kampionimit (Fig. 15.2, a, b).

Oriz. 15.2. Dendësia spektrale e sekuencës së moduluar të pulsit në vlera të ndryshme të frekuencës së sipërme të ndërprerjes: a - frekuenca e sipërme e ndërprerjes është e lartë; b - frekuenca e sipërme e ndërprerjes është e ulët (ngjyra tregon densitetin spektral të sinjalit origjinal që i nënshtrohet kampionimit)

Rindërtimi i një sinjali të vazhdueshëm nga një sekuencë pulsi e moduluar.

Në vijim, do të supozojmë se sinjali real ka një spektër me frekuencë të ulët, simetrik rreth një pike dhe i kufizuar nga frekuenca e sipërme e ndërprerjes. 15.2, b rrjedh se nëse, atëherë kopjet individuale të spektrit nuk mbivendosen.

Prandaj, një sinjal analog me një spektër të tillë, i nënshtruar kampionimit të pulsit, mund të rindërtohet me saktësi duke përdorur një filtër ideal me kalim të ulët, në hyrjen e të cilit ushqehet një sekuencë pulsi e formës (15.5). Në këtë rast, intervali më i madh i lejueshëm i marrjes së mostrave, i cili është në përputhje me teoremën e Kotelnikov.

Në të vërtetë, lëreni filtrin që rikthen sinjalin e vazhdueshëm të ketë një koeficient transmetimi të frekuencës

Përgjigja e impulsit të këtij filtri përshkruhet nga shprehja

Duke marrë parasysh që sinjali MIP i formës (15.5) është shuma e peshuar e pulseve delta, përgjigjen e gjejmë në daljen e filtrit të rindërtimit.

Ky sinjal përsërit formën e valës origjinale me një spektër të kufizuar deri në faktorin e shkallës.

Një filtër ideal me kalim të ulët është fizikisht i parealizueshëm dhe mund të shërbejë vetëm si një model teorik për të shpjeguar parimin e rikuperimit të një mesazhi nga numërimi i pulseve diskrete. Një filtër i vërtetë me kalim të ulët ka një AFC që ose mbulon disa lobe të diagramit spektral MIP, ose, duke u përqendruar afër frekuencës zero, rezulton të jetë shumë më i ngushtë se lobi qendror i spektrit. Për shembull, në Fig. 15.3, b-f tregon kthesat që karakterizojnë sinjalin në daljen e qarkut RC të përdorur si filtër rikuperimi (Fig. 15.3, a).

Oriz. 15.3. Rikuperimi i një sinjali të vazhdueshëm nga numërimi i pulsit të tij duke përdorur një qark RC: a - qark filtri; b - sinjali i hyrjes diskrete; c, d - përgjigja e frekuencës së filtrit dhe sinjalit në daljen e tij në rast; d, f - e njëjta gjë, për rastin

Mund të shihet nga grafikët e mësipërm se një filtër i vërtetë rindërtimi shtrembëron në mënyrë të pashmangshme luhatjen e hyrjes.

Vini re se si lobi qendror ashtu edhe çdo anësor i diagramit spektral mund të përdoren për të rindërtuar sinjalin.

Përcaktimi i spektrit të një sinjali analog nga një grup mostrash.

Duke pasur një paraqitje MIP, është e mundur jo vetëm të rindërtohet sinjali analog, por edhe të gjendet dendësia e tij spektrale. Për këtë, është e nevojshme, para së gjithash, të lidhet drejtpërdrejt dendësia spektrale e IIP me vlerat e referencës:

(15.13)

Kjo formulë zgjidh në mënyrë shteruese problemin nën kufizimin e mësipërm.

Koncepti i ndërfaqes së centraleve telefonike automatike dixhitale

CSK duhet të sigurojë një ndërfaqe (të përbashkët) me linjat e pajtimtarëve analoge dhe dixhitale (AL) dhe sistemet e transmetimit.

E përbashkët quhet kufiri midis dy blloqeve funksionale, i cili përcaktohet nga karakteristikat funksionale, karakteristikat e përgjithshme të një lidhjeje fizike, karakteristikat e sinjaleve dhe karakteristika të tjera në varësi të specifikave.

Lidhja siguron një përkufizim një herë të parametrave të lidhjes midis dy pajisjeve. Këto parametra kanë të bëjnë me llojin, numrin dhe funksionin e rrjetave ndërlidhëse, si dhe llojin, formën dhe sekuencën e sinjaleve që transmetohen përgjatë këtyre rrjetave.

Është vendosur përkufizimi i saktë i llojeve, sasisë, formës dhe sekuencës së lidhjeve dhe marrëdhënieve ndërmjet dy blloqeve funksionale në kryqëzimin ndërmjet tyre. specifikimi i përbashkët.

Lidhjet dixhitale PBX mund të ndahen në vijim

Bashkim parapagues analog;

Ndërfaqja dixhitale e pajtimtarëve;

Lidhja e pajtimtarit ISDN;

Lidhje rrjeti (dixhitale dhe analoge).

Lidhës unazash

Strukturat unazore gjejnë aplikime në një sërë fushash komunikimi. Para së gjithash, këto janë sisteme transmetimi në formë unaze me trunkim të përkohshëm, të cilat në thelb kanë konfigurimin e linjave të njëanshme të lidhura në seri, duke formuar një qark ose unazë të mbyllur. Në të njëjtën kohë, dy funksione kryesore zbatohen në secilën nyje të rrjetit:

1) çdo nyje punon si një rigjenerues për të rivendosur sinjalin dixhital në hyrje dhe për ta transmetuar atë përsëri;

në nyjet e rrjetit, struktura e ciklit të grupimit të përkohshëm njihet dhe komunikimi kryhet përgjatë unazës me anë të

2) heqja dhe futja e një sinjali dixhital në kohë të caktuara të caktuara për çdo nyje.

Aftësia për të rialokuar slotet kohore midis çifteve arbitrare të nyjeve në një sistem unazash të trungut kohor do të thotë që unaza është një sistem transmetimi dhe komutimi i shpërndarë. Ideja e transmetimit dhe kalimit të njëkohshëm në strukturat unazore është shtrirë në fushat e komutimit dixhital.

Në këtë rregullim, një lidhje e plotë dupleks mund të krijohet midis çdo dy nyjesh duke përdorur një kanal të vetëm. Në këtë kuptim, qarku i unazës kryen transformimin hapësirë-kohë të koordinatave të sinjalit dhe mund të konsiderohet si një nga opsionet për ndërtimin e fazës S / T.

Sinjale analoge, diskrete, dixhitale

Në sistemet e telekomunikacionit, informacioni transmetohet duke përdorur sinjale. Unioni Ndërkombëtar i Telekomunikacionit jep përkufizimin e mëposhtëm sinjal:

Një sinjal nga sistemet e telekomunikacionit është një grup valësh elektromagnetike që përhapen përmes një kanali transmetimi njëkahëshe dhe janë krijuar për të ndikuar në një pajisje marrëse.

1) sinjal analog- një sinjal në të cilin çdo parametër që përfaqëson jepet nga një funksion kohor i vazhdueshëm me një grup të vazhdueshëm vlerash të mundshme

2) niveli i sinjalit diskret - një sinjal, vlerat e të cilit të parametrave përfaqësues jepen nga një funksion i vazhdueshëm kohor me një grup të kufizuar vlerash të mundshme. Procesi i kampionimit të një sinjali sipas nivelit quhet kuantizimi;

3) sinjal diskret i kohës - sinjal në të cilin çdo parametër përfaqësues jepet nga një funksion kohor diskret me një grup të vazhdueshëm vlerash të mundshme

4) sinjal dixhital - një sinjal, vlerat e të cilit të parametrave përfaqësues janë dhënë nga një funksion kohe diskrete me një grup të fundëm vlerash të mundshme

Modulimiështë shndërrimi i një sinjali në një tjetër duke ndryshuar parametrat e sinjalit bartës në përputhje me sinjalin e konvertuar. Si sinjal bartës përdoren sinjalet harmonike, trenat periodike të pulsit etj.

Për shembull, kur transmetohet një sinjal dixhital përmes një kodi binar, një komponent konstant i sinjalit mund të shfaqet për shkak të përhapjes së një sinjali në të gjitha fjalët kodike.

Mungesa e një komponenti konstant në linjë lejon përdorimin e përputhjes transformatorëve në pajisjet lineare, si dhe për të siguruar furnizimin me energji në distancë të rigjeneruesve me rrymë të vazhdueshme. Për të hequr qafe komponentin e padëshiruar DC të sinjalit dixhital, sinjalet binare konvertohen duke përdorur kode speciale përpara se të dërgohen në linjë. Për sistemin primar të transmetimit dixhital (DSP), është miratuar kodi HDB3.

Kodimi i një sinjali binar në një sinjal thuajse tresh të modifikuar duke përdorur kodin HDB3 kryhet sipas rregullave të mëposhtme (Fig. 1.5).

Oriz. 1.5. Kodet binare dhe ato përkatëse HDB3

Modulimi i kodit të pulsit

Shndërrimi i një sinjali të vazhdueshëm primar analog në një kod dixhital quhet modulimi i kodit të pulsit(PCM). Operacionet kryesore në PCM janë operacionet e kampionimit në kohë, kuantizimi (kampionimi në nivelin e një sinjali kohor diskret) dhe kodimi.

Marrja e mostrave të kohës së një sinjali analog quhet një transformim në të cilin një parametër përfaqësues i një sinjali analog vendoset nga një grup vlerash të tij në kohë diskrete, ose, me fjalë të tjera, në të cilin nga një sinjal analog i vazhdueshëm c (t)(Fig. 1.6, a) merrni vlerat e mostrës me"(Fig. 1.6, b). Vlerat e parametrit të sinjalit përfaqësues të marrë si rezultat i operacionit të kampionimit të kohës quhen mostra.

Më të përhapurit janë sistemet e transmetimit dixhital, në të cilat përdoret kampionimi uniform i një sinjali analog (mostrat e këtij sinjali bëhen në intervale të barabarta kohore). Me kampionim uniform, përdoren konceptet e mëposhtme: intervali i marrjes së mostrave në(intervali kohor ndërmjet dy mostrave ngjitur të një sinjali diskret) dhe shkalla e kampionimit Fd(reciprociteti i intervalit të kampionimit). Madhësia e intervalit të kampionimit zgjidhet në përputhje me teoremën e Kotelnikov.

Sipas teoremës së Kotelnikov, një sinjal analog me një spektër të kufizuar dhe një interval të pafund vëzhgimi mund të rikthehet pa gabime nga një sinjal diskret i marrë nga kampionimi i sinjalit origjinal analog nëse frekuenca e kampionimit është dyfishi i frekuencës maksimale të spektrit të sinjalit analog:

Teorema e Kotelnikovit

Teorema e Kotelnikov (në literaturën në gjuhën angleze - teorema Nyquist-Shannon) thotë se nëse sinjali analog x (t) ka një spektër të kufizuar, atëherë ai mund të rindërtohet në mënyrë të paqartë dhe pa humbje nga mostrat e tij diskrete të marra me një frekuencë prej më shumë se dyfishi i frekuencës maksimale të spektrit Fmax ...

Diskretiteti në përkthim nga latinishtja do të thotë ndërprerje. Ky koncept përdoret në degë të ndryshme të shkencës, në veçanti në elektronikë, fizikë, biologji, matematikë, etj. Në elektronikë, ekziston koncepti i një sinjali diskret, i cili parashikon transmetimin e informacionit në kushtet e ndryshimeve në vlerat e mundshme të mediumit të transmetimit. Përveç kësaj, ndërprerja përdoret në zona të tjera më të ndjeshme, për shembull, në mikroelektronikë. Në veçanti, kur zhvillohen qarqe diskrete, të cilat janë elemente të linjave të komunikimit.

Si zbatohet diskretiteti në elektronikë

Teknologjitë moderne të komunikimit ekzistues, duke përfshirë programet kompjuterike të zhvilluara për këtë, sigurojnë transmetimin e zërit, i cili është një rrymë zanore. Në të njëjtën kohë, zhvilluesit e pajisjeve dhe softuerëve të tillë përballen me faktin se rryma e zërit është një valë e vazhdueshme, transmetimi i së cilës është i mundur vetëm në një kanal me gjerësi bande të lartë. Përdorimi i tij është shumë i kushtueshëm, si në aspektin e burimeve ashtu edhe nga ana financiare. Ky problem zgjidhet duke përdorur parime diskrete.

Një sinjal diskret është, në vend të një valë standarde të vazhdueshme, një shprehje e veçantë dixhitale që mund ta përshkruajë atë. Me frekuencën e caktuar, parametrat e valës shndërrohen në informacion dixhital dhe dërgohen për pritje. Në fakt, rezulton të sigurojë komunikim me një përdorim minimal të burimeve dhe energjisë.

Diskretiteti ju lejon të reduktoni ndjeshëm rrjedhën totale të të dhënave, duke formuar një transmetim të paketës prej tij. Në të njëjtën kohë, për faktin se vërehet kampionimi i valës me intervale midis punës dhe pauzave, probabiliteti i shtrembërimit është i përjashtuar. Krijohet një garanci që pjesa e dërguar e të dhënave të paketës do të dorëzohet në destinacionin e synuar, dhe pjesa tjetër do të transmetohet tashmë pas saj. Në rastin e valëve të zakonshme, mundësia e ndërhyrjes është shumë më e lartë.

Shembuj të diskretitetit më të thjeshtë

Tekstet e fizikës shpesh përdorin analogjinë e një libri të shtypur për të shpjeguar konceptin e diskretitetit kur zbatohet në një sinjal. Pra, gjatë leximit të tij, perceptohet një rrjedhë e vazhdueshme e informacionit të deklaruar. Për më tepër, në fakt, të gjitha informacionet e përfshira në të janë një kod i përbërë nga një grup shkronjash, hapësirash dhe shenjash pikësimi. Fillimisht mënyra e komunikimit të një personi është zëri, por përmes shkrimit mundësohet regjistrimi i zërit duke përdorur një kod alfabetik. Në të njëjtën kohë, nëse marrim parasysh kapacitetin në kilobajt ose megabajt, atëherë vëllimi i tekstit të shtypur do të zërë më pak hapësirë ​​sesa regjistrimi i tij i zërit.

Duke iu rikthyer shembullit me librin, rezulton se autori i tij krijon një sinjal të caktuar diskret, duke e ndarë rrymën audio në blloqe dhe duke i paraqitur ato në një mënyrë të caktuar kodimi, pra në gjuhën e shkruar. Vetë lexuesi, i cili hap librin, përmes njohurive të tij për kodimin dhe mendimin, ndërthur shkronjat diskrete në një rrjedhë të vazhdueshme informacioni. Ky shembull ndihmon me shumë sukses për të shpjeguar me gjuhë të thjeshtuar pse nevojitet diskrete dhe pse është kaq e lidhur me sinjalet e përdorura në elektronikë.

Karikaturat e vjetra të vizatuara me dorë janë një shembull i thjeshtë i diskretitetit pamor. Korniza e tyre përbëhej nga dhjetëra foto, të cilat ndiqnin njëra-tjetrën me pauza të vogla. Çdo foto pasuese ndryshon pak, kështu që syrit të njeriut i duket se personazhet në ekran po lëvizin. Falë diskretitetit është përgjithësisht e mundur të formohet një imazh në lëvizje.

Shembulli me karikaturat e vizatuara shfaq vetëm një pjesë të veçorisë së diskretitetit. Një teknologji e ngjashme përdoret për prodhimin e videove. Vlen të kujtohen shiritat e filmit ose shiritat e vjetër të filmit, kur në një kasetë të gjatë ka shumë fotografi të vogla, kur ndryshohen, krijohet efekti i lëvizjes në ekran. Edhe pse teknologjitë moderne janë larguar nga bartësit materiale të personelit të tillë, parimi i diskretitetit përdoret ende, megjithëse i modifikuar.

Sinjali diskret

Ky koncept ju lejon të shfaqni të kundërtën e fenomenit të një sinjali të vazhdueshëm. Kur përdorni vazhdimësinë, një nga manifestimet është një valë zanore me një amplitudë dhe frekuencë të caktuar, e cila transmetohet vazhdimisht pa pauza. Megjithëse ekzistojnë disa metoda mjaft efektive të përpunimit të një sinjali të vazhdueshëm ose të ashtuquajtur analog, të cilat mund të zvogëlojnë vëllimin e rrjedhës së informacionit, ato nuk janë aq efektive. Përdorimi i përpunimit diskret bën të mundur që pajisjet të bëhen më pak voluminoze dhe të braktisin komunikimet e shtrenjta. Në elektronikë, koncepti i sinjalit diskret dhe dixhital është praktikisht e njëjta gjë.

Përparësitë e padiskutueshme të një sinjali diskret përfshijnë:

• Aftësia për të shmangur shtrembërimin e informacionit.
• Sigurimi i imunitetit të lartë të zhurmës, i cili është i mundur si rezultat i përdorimit të kodimit të informacionit.
• Aftësia për të arkivuar të dhëna për të kursyer burimet e medias.
• Sigurimi i mundësisë për të transmetuar informacion nga burime të ndryshme përmes një kanali të vetëm.
• Prania e një përshkrimi të thjeshtuar matematikor.

Jo pa diskrete dhe mangësi. Gjatë përdorimit të tij, kërkohet përdorimi i teknologjive të larta, dhe për këtë arsye pjesët kritike të mekanizmave elektronikë humbasin aftësinë për të kryer riparime artizanale. Në rast të një avarie serioze, kërkohet zëvendësimi i njësive individuale. Për më tepër, humbja e pjesshme e informacionit, e cila përmbahet në një sinjal diskret, është e mundur.

Mënyrat për të zbatuar diskretitetin kur punoni me sinjale

Siç është shpjeguar tashmë, një sinjal diskret është një sekuencë e vlerave të koduara dixhitale. Ka metoda të ndryshme kodimi, por sinjalet dixhitale binare konsiderohen si një nga më të njohurit. Ato përdoren pothuajse në të gjitha pajisjet elektronike sepse janë të lehta për t'u koduar dhe deshifruar.

Sinjali dixhital diskret ka dy vlera "1" dhe "0". Për transmetimin e të dhënave krijohet një tension impuls. Pasi të gjenerohet pulsi, pajisja marrëse e percepton një pjesë të sinjalit si "1", dhe pauzën pasuese si "0". Pajisja e dekodimit vlerëson frekuencën e pulseve të furnizuara dhe kryen rikthimin e tyre në të dhënat origjinale. Nëse shikoni grafikun e një sinjali diskret, mund të shihni se kalimi midis vlerës zero dhe asaj maksimale ndodh menjëherë. Grafiku përbëhet nga qoshe drejtkëndëshe, kur linja midis vlerave të sipërme dhe të poshtme nuk ka një tranzicion të qetë. Falë kësaj, pajisja marrëse lexon qartë informacionin, duke eliminuar kështu ndërhyrjen, pasi edhe një puls i marrë dobët do të lexohet si maksimum, domethënë "1", dhe pauza si "0".

Megjithëse diskretesia mund të zvogëlojë ndjeshëm formimin e ndërhyrjeve, ajo nuk mund të përjashtojë mungesën e plotë të tyre. Nëse ka një nivel të lartë zhurme në rrjedhën dixhitale, atëherë është e pamundur të rikuperoni të dhënat nga sinjalet e marra. Në rastin e sinjaleve analoge të vazhdueshme, mund të aplikohen filtra të ndryshëm për të hequr shtrembërimin dhe për të rivendosur informacionin. Kjo është arsyeja pse parimi i diskretit nuk zbatohet gjithmonë.

Zbatimi teknik i parimeve të diskretitetit

Sinjalet diskrete përdoren për regjistrim në media të njohura si CD, DVD, etj. Ato lexohen nga lojtarët dixhitalë, telefonat celularë, modemet dhe praktikisht çdo pajisje teknike që të gjithë përdorin çdo ditë. Të gjitha teknologjitë multimediale përbëhen nga pajisje ngjeshjeje, kodimi dhe dekodimi, gjë që ju lejon të punoni me sinjale diskrete.

Edhe ato zona që fillimisht përdorën teknologji të vazhdueshme të transmetimit të të dhënave kanë filluar të braktisin këtë metodë dhe të prezantojnë diskrecionin. Të gjitha pajisjet moderne audio funksionojnë në këtë mënyrë. Ekziston edhe një braktisje graduale e transmetimeve televizive analoge. Mungesa e një tranzicioni të mprehtë nga një teknologji në të dytën vërehet për faktin se sinjali diskret mund të kthehet përsëri në analog. Kjo siguron një përputhshmëri të caktuar të sistemeve të ndryshme.

Nëse marrim parasysh më shumë shembuj të pajisjeve ku zbatohen parimet e diskretit, atëherë shembuj të tillë përfshijnë:

• Kartat e zërit.
• Instrumente muzikore elektronike.
• Navigatorë.
• Kamera dixhitale.

Shtrirja e parimit të diskretitetit është shumë e gjerë. Në këtë drejtim, pajisjet ku po prezantohen po përparojnë ndjeshëm, ndërkohë që komoditeti i përdorimit të pajisjeve të tilla rritet shumëfish.

Ka sinjale analoge, diskrete dhe dixhitale. Sinjalet analoge përshkruhen nga një funksion i vazhdueshëm që mund të marrë çdo vlerë në një interval të caktuar; sinjalet diskrete janë sekuenca ose mostra të një funksioni të marra në momente specifike diskrete në kohë nT; Sinjalet dixhitale janë sinjale që në momente të veçanta kohore nT merrni vlera të fundme diskrete - nivele kuantizimi, të cilat më pas kodohen me numra binarë. Nëse një çelës futet në qarkun e mikrofonit (Fig. 1), ku rryma është një funksion i vazhdueshëm i kohës dhe mbyllet periodikisht për momente të shkurtra, atëherë rryma në qark do të ketë formën e pulseve të ngushta me amplituda që përsërisin formën e një sinjal i vazhdueshëm. Sekuenca e këtyre impulseve, të cilat quhen mostra të një sinjali të vazhdueshëm, nuk është gjë tjetër veçse një sinjal diskret.
Oriz. 1 Ndryshe nga një sinjal i vazhdueshëm, mund të caktohet një sinjal diskret. Sidoqoftë, më shpesh shënohet, duke zëvendësuar kohën e vazhdueshme t momente diskrete nT, duke ndjekur rreptësisht intervalin T... Përdoren edhe emërtime më të shkurtra: dhe. Për më tepër, në të gjitha këto të dhëna n- një numër i plotë që mund të marrë vlera pozitive dhe negative. Pra, në fig. 1 në n < 0 дискретный сигнал ... Në n= 0 vlera është e barabartë me vlerën e sinjalit në momentin e kohës t= 0. Për n> 0 mostra përsërisin formën e valës, sepse amplituda e tyre është e barabartë me vlerat e sinjalit të vazhdueshëm ndonjëherë nT. Oriz. 2 Sinjalet diskrete mund të vendosen me grafikë, siç tregohet në Fig. 1, sipas formulave, për shembull, , në formën e tabelave të vlerave diskrete, ose në formën e një kombinimi të këtyre metodave. Le të shqyrtojmë shembuj të disa sinjaleve diskrete të marra nga sinjalet tipike analoge. Të gjitha mjetet e komunikimit që përdoren sot në botë bazohen në kalimin e rrymës elektrike nga një pikë në tjetrën. Si puna në internet ashtu edhe një bisedë me një mik në telefon ofrohen për shkak të rrjedhjes së vazhdueshme të rrymës përmes pajisjeve të infrastrukturës së telekomunikacionit. Lloje të ndryshme sinjalesh mund të transmetohen përmes kanaleve të komunikimit. Ky libër mbulon dy lloje kryesore të sinjaleve: analoge dhe dixhitale. Disa lloje të mjeteve të transmetimit fizik, si kablloja me fibër optike, përdoren për të transmetuar të dhëna në rrjetin e ofruesit në formën e sinjaleve të dritës. Parimet e transmetimit dixhital për një medium të tillë janë të njëjta, megjithatë, lazerët dhe LED përdoren për ta organizuar atë. Sinjalet analoge dhe dixhitale janë thelbësisht të ndryshme nga njëri-tjetri. Në mënyrë konvencionale, mund të themi se ato janë në skaje të ndryshme të të njëjtit spektër. Për shkak të këtyre dallimeve domethënëse midis dy llojeve të sinjaleve, pajisjet e ndërmjetme si konvertuesit dixhital në analog (këto do të diskutohen më vonë në këtë kapitull) duhet të përdoren për të kapërcyer hendekun midis tyre. Dallimi kryesor midis sinjaleve analoge dhe dixhitale qëndron në vetë strukturën e rrymës së sinjalit. Sinjalet analoge janë një rrymë e vazhdueshme e karakterizuar nga ndryshime në frekuencë dhe amplitudë. Kjo do të thotë që forma e valës analoge është zakonisht e ngjashme me valën sinus (d.m.th. valë harmonike) e paraqitur në Fig. 1.2. Shpesh në ilustrimet e valëve sinus, i gjithë sinjali karakterizohet nga i njëjti raport frekuencë-amplitudë, por paraqitja grafike e një valë komplekse tregon se ky raport ndryshon me frekuencën.
Sinjalet dixhitale korrespondojnë me vlera diskrete elektrike që transmetohen individualisht në disa mediume transmetimi fizik. Për dallim nga sinjalet analoge, në të cilat numri i vlerave të mundshme të amplitudës është pothuajse i pafund, për sinjalet dixhitale mund të marrë një nga dy (ose katër) vlera të ndryshme - pozitive dhe negative. Sinjalet dixhitale transmetohen në formën e njësheve dhe zeros, të cilat zakonisht quhen binare. Rrjedhat e sinjalit dixhital diskutohen më në detaje në Kapitullin 3, Konvertimi Analog në Dixhital. Si me çdo teknologji, konceptet bazë dhe terminologjia përdoren për të përshkruar sinjalet analoge. Sinjalet analoge të vazhdueshme kanë tre karakteristika kryesore: amplituda; gjatësia e valës; frekuenca.