Discreet signaal. Continue en discrete signalen

Discretie vertaald uit het Latijn betekent discontinuïteit. Dit concept wordt gebruikt in verschillende takken van de wetenschap, met name in de elektronica, natuurkunde, biologie, wiskunde, enzovoort. In de elektronica bestaat het concept van een discreet signaal, dat zorgt voor de overdracht van informatie onder omstandigheden van veranderende mogelijke waarden van het verzendende medium. Daarnaast wordt intermittentie ook gebruikt op andere, meer gevoelige gebieden, bijvoorbeeld in de micro-elektronica. In het bijzonder bij het ontwikkelen van discrete circuits die elementen van communicatielijnen vertegenwoordigen.

Hoe discretie wordt gebruikt in de elektronica

Bestaande moderne communicatietechnologieën, waaronder computerprogramma's die voor dit doel zijn ontwikkeld, zorgen voor spraakoverdracht, wat een audiostream is. Tegelijkertijd worden ontwikkelaars van dergelijke apparatuur en software geconfronteerd met het feit dat de spraakstroom een continue golf is, waarvan de transmissie alleen mogelijk is op een kanaal met hoge bandbreedte. Het gebruik ervan is te duur, zowel qua middelen als financieel. Dit probleem wordt opgelost door gebruik te maken van de discretieprincipes.

In plaats van een standaard continue golf is een discreet signaal een speciale digitale uitdrukking die het kan beschrijven. Als de frequentie is ingesteld, worden de golfparameters omgezet in digitale informatie en ter ontvangst verzonden. In feite is het mogelijk om communicatie mogelijk te maken met minimaal gebruik van hulpbronnen en energie.

Door de discretie kunt u de totale gegevensstroom aanzienlijk verminderen en er een pakketoverdracht van maken. Bovendien wordt, vanwege het feit dat golfbemonstering wordt waargenomen met intervallen tussen werk en pauzes, de mogelijkheid van vervorming geëlimineerd. Er wordt een garantie gecreëerd dat het verzonden deel van de pakketgegevens zal worden afgeleverd op de beoogde bestemming, en dat het volgende deel daarna zal worden verzonden. Bij gewone golven is de kans op interferentie veel groter.

Voorbeelden van de eenvoudigste discretie

Natuurkundeboeken gebruiken vaak de analogie van een gedrukt boek om het concept van discretie uit te leggen wanneer dit op een signaal wordt toegepast. Bij het lezen wordt dus een continue stroom van gepresenteerde informatie waargenomen. Bovendien is vrijwel alle informatie die erin staat een code die bestaat uit een reeks letters, spaties en leestekens. In eerste instantie is de manier van communiceren van een persoon de stem, maar door te schrijven is het mogelijk om geluid op te nemen met behulp van een lettercode. Als we bovendien kijken naar de capaciteit in kilobytes of megabytes, zal het volume van de afgedrukte tekst minder ruimte in beslag nemen dan de audio-opname.

Terugkerend naar het voorbeeld van een boek blijkt dat de auteur een bepaald discreet signaal creëert, de geluidsstroom in blokken opsplitst en deze op een bepaalde manier van codering presenteert, dat wil zeggen in geschreven taal. De lezer zelf, die het boek opent, combineert door zijn kennis van coderen en denken discrete letters tot een continue informatiestroom. Dit voorbeeld helpt op zeer succesvolle wijze in vereenvoudigde taal uit te leggen waarom discretie nodig is en waarom dit zo nauw verwant is aan signalen die in de elektronica worden gebruikt.

Een eenvoudig voorbeeld van visuele discontinuïteit zijn oude, handgetekende cartoons. Hun frame bestond uit tientallen foto's die elkaar met korte pauzes volgden. Elke volgende afbeelding verandert enigszins, zodat het voor het menselijk oog lijkt alsof de personages op het scherm bewegen. Dankzij de discretie is het doorgaans mogelijk een bewegend beeld te vormen.

Het voorbeeld met handgetekende cartoons toont slechts een deel van de eigenschap discretie. Een vergelijkbare technologie wordt gebruikt bij het maken van video's. Het is de moeite waard om filmstrips of oude films te onthouden, wanneer er op één lange band veel kleine afbeeldingen staan, waarbij bij het wisselen het effect van beweging op het scherm ontstaat. Hoewel moderne technologieën afstand hebben genomen van de materiële dragers van dergelijke frames, wordt het principe van discretie nog steeds gebruikt, zij het gewijzigd.

Discreet signaal

Met dit concept kunnen we het tegenovergestelde van het fenomeen van een continu signaal weergeven. Bij het gebruik van continuïteit is een van de manifestaties een geluidsgolf met een bepaalde amplitude en frequentie, die continu zonder pauzes wordt uitgezonden. Hoewel er verschillende behoorlijk effectieve manieren zijn om een continu of zogenaamd analoog signaal te verwerken, waardoor het volume van de informatiestroom kan worden verminderd, zijn ze niet zo effectief. Het gebruik van discrete verwerking maakt het mogelijk om apparatuur minder volumineus te maken en dure communicatie te elimineren. In de elektronica zijn de concepten van discrete en digitale signalen vrijwel hetzelfde.

De onmiskenbare voordelen van een discreet signaal zijn onder meer:

Vermogen om vervorming van informatie te voorkomen.
Zorgen voor een hoge immuniteit tegen ruis, wat mogelijk is door het gebruik van informatiecodering.
Mogelijkheid om gegevens te archiveren om mediabronnen te behouden.
Biedt de mogelijkheid om informatie uit verschillende bronnen via één kanaal uit te zenden.
Beschikbaarheid van een vereenvoudigde wiskundige beschrijving.

Discretie is niet zonder nadelen. Bij gebruik ervan is het gebruik van hoogwaardige technologieën vereist, en daarom verliezen kritische delen van elektronische mechanismen het vermogen om ambachtelijke reparaties uit te voeren. In geval van ernstige schade is vervanging van individuele eenheden vereist. Bovendien is een gedeeltelijk verlies van informatie in het discrete signaal mogelijk.

Methoden voor het implementeren van discretie bij het werken met signalen

Zoals al is verduidelijkt, is een discreet signaal een reeks digitaal gecodeerde waarden. Er zijn verschillende coderingsmethoden, maar een van de meest populaire zijn binaire digitale signalen. Ze worden in bijna alle elektronische apparaten gebruikt omdat ze gemakkelijk te coderen en te decoderen zijn.

Een discreet digitaal signaal heeft twee waarden “1” en “0”. Om gegevens te verzenden wordt een pulsspanning gecreëerd. Na het genereren van een puls neemt het ontvangende apparaat een deel van het signaal waar als “1” en de daaropvolgende pauze als “0”. Decodeerapparatuur evalueert de frequentie van de geleverde pulsen en herstelt deze naar de originele gegevens. Als we naar de grafiek van een discreet signaal kijken, kunnen we zien dat de overgang tussen nul en maximale waarde onmiddellijk plaatsvindt. De grafiek bestaat uit rechthoekige hoeken waarbij de lijn tussen de bovenste en onderste waarden geen vloeiende overgang heeft. Dankzij dit leest de ontvangende apparatuur de informatie duidelijk, waardoor interferentie wordt geëlimineerd, aangezien zelfs een zwak ontvangen puls als maximum zal worden gelezen, dat wil zeggen "1", en een pauze als "0".

Hoewel discretie de vorming van interferentie aanzienlijk kan verminderen, kan zij de volledige afwezigheid ervan niet elimineren. Als er veel ruis in de digitale stroom zit, is het onmogelijk om gegevens uit de ontvangen signalen te herstellen. In het geval van continue analoge signalen kunnen verschillende filters worden toegepast om vervorming te verwijderen en informatie te herstellen. Daarom wordt het discretiebeginsel niet altijd toegepast.

Technische implementatie van discretieprincipes

Discrete signalen worden gebruikt om op te nemen op bekende media zoals cd, dvd, enzovoort. Ze worden gelezen door digitale spelers, mobiele telefoons, modems en vrijwel alle technische apparatuur die iedereen dagelijks gebruikt. Alle multimediatechnologieën bestaan uit compressie-, coderings- en decoderingsapparaten, waardoor het mogelijk is om met discrete signalen te werken.

Zelfs de gebieden die aanvankelijk technologieën voor continue datatransmissie gebruikten, beginnen deze methode te verlaten en discretie te introduceren. Alle moderne audioapparatuur werkt precies zo. Er is ook een geleidelijke stopzetting van analoge televisie-uitzendingen. De afwezigheid van een scherpe overgang van de ene technologie naar de tweede wordt waargenomen vanwege het feit dat een discreet signaal weer naar analoog kan worden omgezet. Dit zorgt voor een zekere compatibiliteit tussen verschillende systemen.

Als we andere voorbeelden bekijken van apparatuur waarbij de principes van discretie worden toegepast, dan zijn dergelijke voorbeelden onder meer:

Geluidskaarten.
Elektronische muziekinstrumenten.
Navigators.
Digitale camera's.

Het toepassingsgebied van het discretiebeginsel is zeer uitgebreid. In dit opzicht gaat de apparatuur waarin het wordt geïmplementeerd aanzienlijk vooruit, terwijl het gebruiksgemak van dergelijke apparatuur vele malen toeneemt.

Een signaal is een informatiefunctie die een boodschap overbrengt over de fysieke eigenschappen, toestand of gedrag van een fysiek systeem, object of omgeving, en het doel van signaalverwerking kan worden beschouwd als het extraheren van bepaalde informatie-informatie die in deze signalen wordt weergegeven. (kortom - nuttige of doelgerichte informatie) en het transformeren van deze informatie in een vorm die geschikt is voor perceptie en verder gebruik.

Een informatieve parameter van een signaal kan elke parameter van de signaaldrager zijn die functioneel geassocieerd is met de waarden van informatiegegevens.

Een signaal is in de meest algemene zin de afhankelijkheid van de ene grootheid van de andere, en vanuit wiskundig oogpunt is het een functie.

De meest voorkomende representatie van signalen is in elektrische vorm in de vorm van spanning versus tijd U(t).

Met ‘analyse’ van signalen bedoelen we niet alleen hun puur wiskundige transformaties, maar ook het trekken van conclusies over de specifieke kenmerken van de overeenkomstige processen en objecten op basis van deze transformaties.

De term is onlosmakelijk verbonden met het concept signaal registratie signalen, waarvan het gebruik net zo breed en dubbelzinnig is als de term signaal zelf.

In de meest algemene zin kan deze term worden opgevat als de handeling waarbij een signaal wordt geïsoleerd en omgezet in een vorm die geschikt is voor verder gebruik.

Analoog signaal (AC)

De meeste signalen zijn analoog van aard, dat wil zeggen dat ze in de loop van de tijd voortdurend veranderen en binnen een bepaald interval elke waarde kunnen aannemen. Analoge signalen worden beschreven door een wiskundige functie van de tijd.

Voorbeeld van een AC-harmonisch signaal - s(t) = A·cos(ω·t + φ).

Analoge signalen worden gebruikt in telefonie, radio-uitzendingen en televisie. Het is onmogelijk zo'n signaal in een computer in te voeren en te verwerken, omdat het op elk tijdsinterval een oneindig aantal waarden heeft, en voor een nauwkeurige (foutloze) weergave van de waarde ervan, getallen met een oneindige diepte nodig zijn. Daarom is het noodzakelijk om het analoge signaal zo te converteren dat het kan worden weergegeven als een reeks getallen met een gegeven bitdiepte.

Het bemonsteren van een analoog signaal bestaat uit het weergeven van het signaal als een reeks waarden die op discrete momenten in de tijd zijn genomen. Deze waarden worden genoemd telt.Δt wordt genoemd bemonsteringsinterval.

Gekwantiseerd signaal

Tijdens kwantisering wordt het gehele bereik van signaalwaarden verdeeld in niveaus, waarvan het aantal moet worden weergegeven in getallen van een bepaalde bitdiepte. De afstand tussen deze niveaus wordt de kwantiseringsstap Δ genoemd. Het aantal van deze niveaus is N (van 0 tot N-1). Elk niveau krijgt een nummer toegewezen. De signaalmonsters worden vergeleken met de kwantiseringsniveaus en een getal dat overeenkomt met een bepaald kwantiseringsniveau wordt als signaal geselecteerd. Elk kwantiseringsniveau wordt gecodeerd als een binair getal met n bits. Aantal kwantiseringsniveaus N en aantal bits n binaire getallen, die deze niveaus coderen, zijn gerelateerd door de relatie n ≥ log 2 (N).

Digitaal signaal

Om een analoog signaal weer te geven als een reeks eindige bitgetallen, moet het eerst worden omgezet in een discreet signaal en vervolgens worden onderworpen aan kwantisering. Kwantisering is een speciaal geval van bemonstering, waarbij bemonstering plaatsvindt met dezelfde waarde die een kwantum wordt genoemd. Als gevolg hiervan zal het signaal zo worden gepresenteerd dat op elk gegeven tijdsinterval de geschatte (gekwantiseerde) waarde van het signaal bekend is, die kan worden opgeschreven geheel getal. Als we deze gehele getallen inschrijven binair systeem, krijg je een reeks nullen en enen, wat een digitaal signaal zal zijn.

Het verzenden, uitzenden en ontvangen van berichten via elektromagnetische systemen wordt genoemd telecommunicatie.

Signalen kunnen, net als berichten, dat wel zijn continu En discreet. De informatieparameter van een continu signaal kan in de loop van de tijd binnen bepaalde grenzen elke momentane waarde aannemen.

Het continue signaal wordt vaak analoog genoemd.

Een discreet signaal wordt gekenmerkt door een eindig aantal informatieparameterwaarden. Vaak heeft deze parameter slechts twee waarden. Laten we een grafisch model bekijken dat de fundamentele verschillen in de vorming van analoge en discrete signalen weergeeft (Fig. 3.4).

Analoog signaal in transmissiesystemen wordt dit een continu elektrisch of optisch signaal F n (t) genoemd, waarvan de parameters (amplitude, frequentie of fase) variëren volgens de wet van een continue functie van de tijd van de informatiebron bijvoorbeeld een spraakbericht, een bewegend of stilstaand beeld, enz. Continue signalen kunnen binnen bepaalde grenzen elke waarde aannemen (een oneindige set).

Discrete signalen- bestaan uit individuele elementen die een eindig aantal verschillende waarden aannemen. Analoge discrete signalen Fd(t) kunnen worden verkregen uit continue Fn(t) met behulp van tijdbemonstering (via het interval Td), amplitudekwantisering, of beide.

Digitaal signaal F c (t) wordt gevormd als een groep pulsen in het binaire getalsysteem, overeenkomend met de amplitude van een niveaugekwantiseerd en tijddiscreet analoog signaal, terwijl de aanwezigheid van een elektrische puls overeenkomt met "1" in het binaire getal systeem, en de afwezigheid ervan komt overeen met “0”.

Het belangrijkste voordeel van digitale signalen is hun hoge immuniteit tegen ruis, aangezien het bij aanwezigheid van ruis en vervorming tijdens de verzending voldoende is om de aan- of afwezigheid van pulsen bij ontvangst te registreren.

Dus, Om een digitaal signaal te verkrijgen, is het fundamenteel noodzakelijk om drie basisbewerkingen op een continu signaal uit te voeren: tijdbemonstering, niveaukwantisering en codering.

Rijst. 3.4. Soorten discrete signalen en hun verschillen in type formatie ten opzichte van een analoog signaal:

a) - discreet in de tijd;

b) - discreet qua niveau;

c) - discreet in tijd en niveau;

d) - digitaal binair signaal.

Bijlage bij de lezing.

Signaal(V theorie van informatie en communicatie) - materiaal opslagmedium, gebruikt voor verzending berichten V communicatie systeem. Het signaal kan gegenereerd worden, maar de ontvangst ervan is niet verplicht, in tegenstelling tot berichten, die door de ontvangende partij moet worden geaccepteerd, anders is het geen bericht. Een signaal kan elk fysiek proces zijn waarvan de parameters veranderen in overeenstemming met het verzonden bericht.

Een signaal, deterministisch of willekeurig, wordt beschreven door een wiskundig model, een functie die de verandering in signaalparameters karakteriseert. Het wiskundige model voor het weergeven van een signaal als functie van de tijd is een fundamenteel concept in de theoretische radiotechniek, dat vruchtbaar is gebleken voor zowel analyse, en voor synthese radiotechnische apparaten en systemen.

In de radiotechniek is er een alternatief voor een signaal dat nuttige informatie bevat lawaai- meestal een willekeurige tijdsfunctie die interageert (bijvoorbeeld door op te tellen) met het signaal en het vervormt. De hoofdtaak van de theoretische radiotechniek is het extraheren van nuttige informatie uit een signaal, waarbij rekening wordt gehouden met ruis.

Concept signaal staat toe abstract van een specifiek fysieke hoeveelheid bijvoorbeeld stroom, spanning, akoestische golven en buiten de fysieke context kijken naar verschijnselen die verband houden met het coderen van informatie en het extraheren ervan uit signalen die doorgaans vervormd zijn lawaai. In onderzoek wordt het signaal vaak weergegeven als een functie van de tijd, waarvan de parameters de nodige informatie kunnen bevatten. De methode voor het opnemen van deze functie, evenals de methode voor het opnemen van storende ruis, wordt genoemd wiskundig signaalmodel.

In verband met het begrip signaal worden de volgende uitgangspunten geformuleerd: cybernetica, als concept over bandbreedte communicatiekanaal ontwikkeld Claude Shannon en over optimale ontvangst, ontwikkeld V.A. Kotelnikov.

Ieder van ons wordt elke dag geconfronteerd met discretie. Dit is een van de eigenschappen die inherent zijn aan materie. Letterlijk vertaald uit het Latijn betekent het woord discretus discontinuïteit. Een discreet signaal is bijvoorbeeld een methode voor het verzenden van informatie wanneer het draagmedium in de loop van de tijd verandert, waarbij een van de bestaande lijst met geldige waarden wordt geaccepteerd.

Uiteraard wordt de term ‘discretie’ in bredere zin gebruikt. In het bijzonder is de vooruitgang op het gebied van de micro-elektronica nu gericht op de creatie en ontwikkeling van SOC-technologie - "System on a Chip". Er wordt aangenomen dat alle componenten waaruit het apparaat bestaat, nauw met elkaar zijn geïntegreerd op één enkel substraat. Het tegenovergestelde van deze benadering zijn discrete circuits, waarbij de elementen zelf complete producten zijn, verbonden door communicatielijnen.

Het is nu misschien onmogelijk om iemand te vinden die geen mobiele telefoon of Skype op een computer gebruikt. Een van hun taken is de overdracht van geluidsstromen (in het bijzonder stem). Maar omdat dergelijk geluid een continue golf is, zou er een kanaal met hoge bandbreedte nodig zijn om het rechtstreeks te verzenden. Om dit probleem op te lossen werd voorgesteld om een discreet signaal te gebruiken. Het vormt geen golf, maar de digitale representatie ervan (onthoud dat we het hebben over mobiele telefoons en computers). Gegevenswaarden worden met bepaalde tussenpozen uit de golf bemonsterd. Dat wil zeggen dat er een discreet signaal wordt gecreëerd. Het voordeel ligt voor de hand: een lager totaal en de mogelijkheid om pakketverzending te organiseren. De doelontvanger combineert alle samples in één enkel blok en genereert zo de originele golf. Hoe langer de intervallen tussen de samples, hoe groter de kans op vervorming van de oorspronkelijke golf. Discretisatie wordt veel gebruikt in de computerwereld.

Als we het hebben over wat een discreet signaal is, kunnen we niet anders dan een prachtige analogie gebruiken met een gewoon gedrukt boek. Wie het leest, ontvangt een voortdurende stroom van informatie. Tegelijkertijd worden de gegevens die het bevat “gecodeerd” in de vorm van bepaalde reeksen letters - woorden - zinnen. Het blijkt dat de auteur een soort discreet signaal vormt uit een ondeelbare gedachte, omdat hij deze uitdrukt door deze in blokken te verdelen, met behulp van een of andere coderingsmethode (alfabet, taal). De lezer in dit voorbeeld krijgt pas de kans om het idee van de auteur waar te nemen nadat hij de woorden mentaal heeft gecombineerd tot een stroom van informatie.

Waarschijnlijk leest u dit artikel op uw computerscherm. Maar zelfs een beeldscherm kan als voorbeeld dienen waar discretie en continuïteit tot uiting komen. Laten we de oude modellen op basis van CRT's niet vergeten. Daarin werd het beeld gevormd door een reeks frames die tientallen keren per seconde moesten worden 'getekend'. Het is duidelijk dat dit apparaat gebruik maakt van een discrete methode voor het construeren van een afbeelding.

Een discreet signaal is precies het tegenovergestelde van een continu signaal. Dit laatste is een functie van intensiteit versus tijd (indien weergegeven op een cartesiaans vlak). Zoals al aangegeven is een voorbeeld: Het wordt gekenmerkt door frequentie en amplitude, maar wordt nergens op natuurlijke wijze onderbroken. De meeste natuurlijke processen worden op deze manier beschreven. Ondanks het feit dat er tenslotte verschillende manieren zijn om een continu (of analoog) signaal te verwerken om de datastroom te verminderen, is het in moderne digitale systemen de discrete manier die het meest voorkomt. Mede door het feit dat hij vrij eenvoudig kan worden omgebouwd naar het origineel, ongeacht de configuratie van laatstgenoemde. Overigens is het vermeldenswaard dat de termen ‘discreet’ en ‘digitaal’ vrijwel gelijkwaardig zijn.

Dagelijks worden mensen geconfronteerd met het gebruik van elektronische apparaten. Het moderne leven is onmogelijk zonder hen. We hebben het tenslotte over tv, radio, computer, telefoon, multicooker enzovoort. Voorheen, nog maar een paar jaar geleden, dacht niemand na over welk signaal er in elk werkend apparaat werd gebruikt. Nu bestaan de woorden “analoog”, “digitaal”, “discreet” al heel lang. Sommige soorten signalen die worden vermeld, zijn van hoge kwaliteit en betrouwbaar.

Digitale transmissie werd veel later in gebruik genomen dan analoge. Dit komt door het feit dat een dergelijk signaal veel gemakkelijker te onderhouden is en dat de technologie op dat moment niet zo verbeterd was.

Iedereen komt voortdurend het concept van ‘discretie’ tegen. Als je dit woord uit het Latijn vertaalt, betekent het ‘discontinuïteit’. Als we ver in de wetenschap duiken, kunnen we zeggen dat een discreet signaal een methode is voor het verzenden van informatie, wat een verandering in de tijd van het dragermedium impliceert. Dit laatste ontleent elke waarde aan alles wat mogelijk is. Nu verdwijnt de discretie naar de achtergrond, nadat de beslissing werd genomen om systemen op een chip te produceren. Ze zijn holistisch en alle componenten werken nauw met elkaar samen. In discretie is alles precies het tegenovergestelde: elk detail wordt voltooid en met andere verbonden via speciale communicatielijnen.

Signaal

Een signaal is een speciale code die door een of meer systemen de ruimte in wordt gestuurd. Deze formulering is algemeen.

Op het gebied van informatie en communicatie is een signaal een bijzondere gegevensdrager die wordt gebruikt om berichten te verzenden. Het kan worden gecreëerd, maar niet worden geaccepteerd; de laatste voorwaarde is niet noodzakelijk. Als het signaal een bericht is, wordt het ‘vangen’ ervan als noodzakelijk beschouwd.

De beschreven code wordt gespecificeerd door een wiskundige functie. Het karakteriseert alle mogelijke veranderingen in parameters. In de radiotechniektheorie wordt dit model als fundamenteel beschouwd. Daarin werd ruis een analoog van het signaal genoemd. Het vertegenwoordigt een tijdfunctie die vrijelijk interageert met de verzonden code en deze vervormt.

Het artikel beschrijft de soorten signalen: discreet, analoog en digitaal. Ook wordt kort de basistheorie over het beschreven onderwerp gegeven.

Soorten signalen

Er zijn verschillende signalen beschikbaar. Laten we eens kijken welke soorten er zijn.

Afhankelijk van het fysieke medium van de gegevensdrager worden elektrische, optische, akoestische en elektromagnetische signalen verdeeld. Er zijn nog een aantal andere soorten, maar die zijn weinig bekend.
Volgens de instellingsmethode worden signalen verdeeld in regelmatig en onregelmatig. De eerste zijn deterministische methoden voor gegevensoverdracht, die worden gespecificeerd door een analytische functie. Willekeurige worden geformuleerd met behulp van de waarschijnlijkheidstheorie, en ze nemen ook waarden aan in verschillende tijdsperioden.
Afhankelijk van de functies die alle signaalparameters beschrijven, kunnen datatransmissiemethoden analoog, discreet of digitaal zijn (een methode die qua niveau is gekwantiseerd). Ze worden gebruikt om veel elektrische apparaten van stroom te voorzien.

Nu kent de lezer alle soorten signaaloverdracht. Het zal voor niemand moeilijk zijn om ze te begrijpen; het belangrijkste is om een beetje na te denken en de natuurkundecursus op school te onthouden.

Waarom wordt het signaal verwerkt?

Het signaal wordt verwerkt om informatie te verzenden en te ontvangen die daarin gecodeerd is. Als het eenmaal is geëxtraheerd, kan het op verschillende manieren worden gebruikt. In sommige situaties zal het opnieuw worden geformatteerd.

Er is nog een reden om alle signalen te verwerken. Het bestaat uit een lichte compressie van frequenties (om de informatie niet te beschadigen). Hierna wordt het geformatteerd en met lage snelheden verzonden.

Analoge en digitale signalen maken gebruik van speciale technieken. In het bijzonder filtering, convolutie, correlatie. Ze zijn nodig om het signaal te herstellen als het beschadigd is of ruis vertoont.

Schepping en vorming

Vaak is een analoog-naar-digitaalomzetter (ADC) nodig om signalen te genereren. Meestal worden beide alleen gebruikt in situaties waarin DSP-technologieën worden gebruikt. In andere gevallen is alleen het gebruik van een DAC voldoende.

Bij het maken van fysieke analoge codes met verder gebruik van digitale methoden vertrouwen ze op de ontvangen informatie, die wordt verzonden vanaf speciale apparaten.

Dynamisch bereik

Het wordt berekend op basis van het verschil tussen het hogere en lagere volumeniveau, uitgedrukt in decibel. Het hangt volledig af van het werk en de kenmerken van de uitvoering. We hebben het over zowel muzieknummers als gewone dialogen tussen mensen. Nemen we bijvoorbeeld een omroeper die het nieuws voorleest, dan schommelt zijn dynamisch bereik rond de 25-30 dB. En tijdens het lezen van welk werk dan ook kan het oplopen tot 50 dB.

Analoog signaal

Een analoog signaal is een tijdcontinue methode voor gegevensoverdracht. Het nadeel is de aanwezigheid van ruis, wat soms leidt tot volledig verlies van informatie. Heel vaak doen zich situaties voor waarin het onmogelijk is om te bepalen waar de belangrijke gegevens zich in de code bevinden en waar er sprake is van gewone vervormingen.

Het is hierdoor dat digitale signaalverwerking grote populariteit heeft gewonnen en geleidelijk analoog vervangt.

Digitaal signaal

Een digitaal signaal is bijzonder; het wordt beschreven door discrete functies. De amplitude ervan kan een bepaalde waarde aannemen ten opzichte van de reeds gespecificeerde waarden. Als een analoog signaal met een enorme hoeveelheid ruis kan aankomen, filtert een digitaal signaal het grootste deel van de ontvangen ruis weg.

Bovendien draagt dit type gegevensoverdracht informatie over zonder onnodige semantische belasting. Via één fysiek kanaal kunnen meerdere codes tegelijk worden verzonden.

Er zijn geen soorten digitale signalen, omdat het opvalt als een afzonderlijke en onafhankelijke methode voor gegevensoverdracht. Het vertegenwoordigt een binaire stroom. Tegenwoordig wordt dit signaal als het meest populair beschouwd. Dit komt door het gebruiksgemak.

Toepassing van digitaal signaal

Hoe verschilt een digitaal elektrisch signaal van andere? Het feit dat hij in staat is om volledige regeneratie in de repeater uit te voeren. Wanneer een signaal met de minste interferentie bij een communicatieapparatuur aankomt, verandert het onmiddellijk zijn vorm in digitaal. Hierdoor kan bijvoorbeeld een tv-toren weer een signaal genereren, maar zonder het ruiseffect.

Als de code met grote vervormingen arriveert, kan deze helaas niet worden hersteld. Als we analoge communicatie vergelijken, kan een repeater in een vergelijkbare situatie een deel van de gegevens extraheren, wat veel energie kost.

Bij het bespreken van mobiele communicatie van verschillende formaten is het bijna onmogelijk om te praten als er sprake is van sterke vervorming op een digitale lijn, omdat woorden of hele zinnen niet kunnen worden gehoord. In dit geval is analoge communicatie effectiever, omdat je een dialoog kunt blijven voeren.

Juist vanwege dergelijke problemen vormen repeaters heel vaak een digitaal signaal om de kloof in de communicatielijn te verkleinen.

Discreet signaal

Tegenwoordig gebruikt iedereen een mobiele telefoon of een soort dialer op zijn computer. Eén van de taken van apparaten of software is het overbrengen van een signaal, in dit geval een spraakstroom. Om een continue golf te transporteren, is een kanaal nodig met het hoogste doorvoerniveau. Daarom is er voor gekozen om een discreet signaal te gebruiken. Het creëert niet de golf zelf, maar het digitale uiterlijk ervan. Waarom? Omdat de transmissie afkomstig is van technologie (bijvoorbeeld een telefoon of computer). Wat zijn de voordelen van deze vorm van informatieoverdracht? Met zijn hulp wordt de totale hoeveelheid verzonden gegevens verminderd en is batchverzending ook eenvoudiger te organiseren.

Het concept van ‘sampling’ wordt al lange tijd gestaag gebruikt in het werk van de computertechnologie. Dankzij dit signaal wordt er geen continue informatie verzonden, die volledig is gecodeerd met speciale symbolen en letters, maar gegevens verzameld in speciale blokken. Het zijn afzonderlijke en complete deeltjes. Deze coderingsmethode is al lang naar de achtergrond verbannen, maar is niet volledig verdwenen. Het kan worden gebruikt om eenvoudig kleine stukjes informatie over te dragen.

Vergelijking van digitale en analoge signalen

Bij het kopen van apparatuur denkt bijna niemand na over welke soorten signalen in dit of dat apparaat worden gebruikt, en nog meer over hun omgeving en aard. Maar soms moet je de concepten nog begrijpen.

Het is al lang duidelijk dat analoge technologieën de vraag verliezen, omdat het gebruik ervan irrationeel is. In ruil daarvoor komt digitale communicatie. We moeten begrijpen waar we het over hebben en wat de mensheid weigert.

Kortom, een analoog signaal is een methode voor het verzenden van informatie waarbij gegevens in continue functies van de tijd worden beschreven. Specifiek gesproken kan de amplitude van oscillaties binnen bepaalde grenzen gelijk zijn aan elke waarde.

Digitale signaalverwerking wordt beschreven door discrete tijdfuncties. Met andere woorden, de amplitude van de oscillaties van deze methode is gelijk aan strikt gespecificeerde waarden.

Als we van theorie naar praktijk gaan, moet gezegd worden dat het analoge signaal wordt gekenmerkt door interferentie. Dergelijke problemen bestaan niet met digitaal, omdat het ze met succes ‘verzacht’. Dankzij nieuwe technologieën is deze methode van gegevensoverdracht in staat om alle originele informatie zelfstandig te herstellen, zonder tussenkomst van een wetenschapper.

Over televisie gesproken, we kunnen nu al met vertrouwen zeggen: analoge transmissie heeft zijn nut al lang overleefd. De meeste consumenten stappen over op een digitaal signaal. Het nadeel van dit laatste is dat hoewel elk apparaat analoge transmissie kan ontvangen, een modernere methode alleen speciale apparatuur vereist. Hoewel de vraag naar de verouderde methode al lang is afgenomen, kunnen dit soort signalen nog steeds niet volledig uit het dagelijks leven verdwijnen.

Waarin verschilt een meetsignaal van een signaal? Geef voorbeelden van meetsignalen die op verschillende gebieden van wetenschap en technologie worden gebruikt

Een meetsignaal is een materiële informatiedrager die kwantitatieve informatie bevat over de gemeten fysieke grootheid en representeert een bepaald fysiek proces, waarvan één van de parameters functioneel gerelateerd is aan de gemeten fysieke grootheid. Deze parameter wordt informatief genoemd. En het signaal bevat alleen kwantitatieve informatie over de informatieve parameter, en niet over de fysieke grootheid die wordt gemeten.

Voorbeelden van meetsignalen kunnen zijn:

Uitgangssignalen van verschillende generatoren (magnetohydrodynamisch, lasers, masers, enz.), transformatoren (differentieel, stroom, spanning)

Verschillende elektromagnetische golven (radiogolven, optische straling, enz.)

Noem de kenmerken waarmee meetsignalen worden geclassificeerd

Gebaseerd op de aard van het meten van informatieve en tijdparameters, worden meetsignalen onderverdeeld in analoog, discreet en digitaal. Afhankelijk van de aard van veranderingen in de tijd, worden signalen verdeeld in constant en variabel. Afhankelijk van de mate van beschikbaarheid van a priori-informatie worden variabele meetsignalen verdeeld in deterministisch, quasi-deterministisch en willekeurig.

Hoe verschillen analoge, discrete en digitale signalen van elkaar?

Een analoog signaal is een signaal dat wordt beschreven door een continue of stuksgewijs continue functie Ya (t), en zowel deze functie zelf als zijn argument t kunnen op gegeven intervallen willekeurige waarden aannemen (Y min; Y max) en (t min ; t maximaal).

Een discreet signaal is een signaal dat discreet varieert in tijd of niveau. In het eerste geval kan er op discrete tijdstippen nT nodig zijn, waarbij T = const het bemonsteringsinterval (periode) is, n = 0; 1; 2; ... - een geheel getal, alle waarden in het interval (Y min; Y max) genaamd samples of samples. Dergelijke signalen worden beschreven door roosterfuncties. In het tweede geval bestaan de waarden van het signaal Yd(t) op elk moment t in het interval (t min; t max), maar ze kunnen een beperkt bereik aan waarden aannemen h j = nq, veelvouden van de kwantum q.

Digitale signalen zijn niveau-gekwantiseerde en tijd-discrete signalen Yc (nT), die worden beschreven door gekwantiseerde roosterfuncties (gekwantiseerde reeksen) die op discrete tijdstippen nT slechts een eindige reeks discrete waarden aannemen - kwantiseringsniveaus h 1 h 2 , ..., h.

Vertel ons over de kenmerken en parameters van willekeurige signalen

Een willekeurig signaal is een in de tijd variërende fysieke grootheid, waarvan de momentane waarde een willekeurige variabele is.

De familie van realisaties van een willekeurig proces is het belangrijkste experimentele materiaal op basis waarvan de kenmerken en parameters ervan kunnen worden verkregen.

Elke realisatie is een niet-willekeurige functie van de tijd. De familie van implementaties voor elke vaste tijd to is een willekeurige variabele die de dwarsdoorsnede wordt genoemd van de willekeurige functie die overeenkomt met de tijd to. Bijgevolg combineert een willekeurige functie de karakteristieke kenmerken van een willekeurige variabele en een deterministische functie. Met een vaste waarde van het argument verandert het in een willekeurige variabele, en als resultaat van elk individueel experiment wordt het een deterministische functie.

Willekeurige processen worden het meest volledig beschreven door distributiewetten: eendimensionaal, tweedimensionaal, enz. Het is echter erg moeilijk om met zulke doorgaans multidimensionale functies te werken, en daarom proberen ze in technische toepassingen, zoals metrologie, genoegen te nemen met de kenmerken en parameters van deze wetten, die willekeurige processen niet volledig, maar gedeeltelijk beschrijven. Kenmerken van willekeurige processen, in tegenstelling tot de kenmerken van willekeurige variabelen, die in hoofdstuk. 6 zijn geen getallen, maar functies. De belangrijkste daarvan zijn wiskundige verwachtingen en variantie.

De wiskundige verwachting van een willekeurige functie X(t) is een niet-willekeurige functie

mx(t) = M = xp(x, t)dx,

die voor elke waarde van het argument t gelijk is aan de wiskundige verwachting van de overeenkomstige sectie. Hier is p(x, t) de eendimensionale distributiedichtheid van de willekeurige variabele x in de overeenkomstige sectie van het willekeurige proces X(t). De wiskundige verwachting in dit geval is dus de gemiddelde functie waarrond specifieke implementaties zijn gegroepeerd.

De variantie van een willekeurige functie X(t) is een niet-willekeurige functie

Dx(t) = D = 2 p(x, t)dx,

waarvan de waarde voor elk tijdsmoment gelijk is aan de spreiding van de overeenkomstige sectie, d.w.z. spreiding karakteriseert de spreiding van realisaties ten opzichte van mx(t).

De wiskundige verwachting van een willekeurig proces en de verspreiding ervan zijn zeer belangrijke, maar geen uitputtende kenmerken, aangezien ze alleen worden bepaald door een eendimensionale distributiewet. Ze kunnen de relatie tussen verschillende secties van een willekeurig proces niet karakteriseren voor verschillende waarden van tijd t en t". Hiervoor wordt een correlatiefunctie gebruikt - een niet-willekeurige functie R(t, t") van twee argumenten t en t", die voor elk paar argumentwaarden gelijk is aan de covariantie van de overeenkomstige dwarsdoorsneden van een willekeurig proces:

De correlatiefunctie, ook wel autocorrelatie genoemd, beschrijft de statistische relatie tussen de momentane waarden van een willekeurige functie, gescheiden door een gegeven tijdswaarde φ = t"-t. Als de argumenten gelijk zijn, is de correlatiefunctie gelijk aan de variantie van het willekeurige proces. Het is altijd niet-negatief.

In de praktijk wordt vaak gebruik gemaakt van de genormaliseerde correlatiefunctie

Het heeft de volgende eigenschappen: 1) als de argumenten t en t" gelijk zijn, r(t, t") = 1; 2) symmetrisch ten opzichte van zijn argumenten: r(t,t") = r(t",t); 3) de mogelijke waarden liggen in het bereik [-1;1], d.w.z. |r(t,t")| ? 1. De genormaliseerde correlatiefunctie is qua betekenis vergelijkbaar met de correlatiecoëfficiënt tussen willekeurige variabelen, maar is afhankelijk van twee argumenten en is geen constante waarde.

Willekeurige processen die uniform in de tijd plaatsvinden en waarvan de gedeeltelijke implementaties met een constante amplitude rond de gemiddelde functie oscilleren, worden stationair genoemd. :Kwantitatief worden de eigenschappen van stationaire processen gekenmerkt door de volgende omstandigheden.

* De wiskundige verwachting van een stationair proces is constant, d.w.z. m x (t) = m x = const. Deze vereiste is echter niet essentieel, omdat het altijd mogelijk is om van een willekeurige functie X(t) naar een gecentreerde functie te gaan waarvoor de wiskundige verwachting nul is. Hieruit volgt dat als een willekeurig proces alleen niet-stationair is vanwege een in de tijd variërende (over secties) wiskundige verwachting, het door de werking van centrering altijd kan worden teruggebracht tot een stationair proces.

* Voor een stationair willekeurig proces is de spreiding over secties een constante waarde, d.w.z. Dx(t) = Dx = const.

*: De correlatiefunctie van een stationair proces is niet afhankelijk van de waarden van de argumenten t en t", maar alleen van het interval φ = t"-t, d.w.z. R(t,t") = R(φ). De voorgaande voorwaarde is een speciaal geval van deze voorwaarde, d.w.z. Dx(t) = R(t, t) = R(φ = O) = const. De afhankelijkheid is dus autocorrelatiefunctie alleen vanaf het interval "t" is de enige essentiële voorwaarde voor de stationariteit van een willekeurig proces.

Een belangrijk kenmerk van een stationair willekeurig proces is de spectrale dichtheid S(w), die de frequentiesamenstelling van het willekeurige proces bij w·0 beschrijft en het gemiddelde vermogen van het willekeurige proces per eenheid frequentieband uitdrukt:

De spectrale dichtheid van een stationair willekeurig proces is een niet-negatieve functie van frequentie S(n)-0. Het gebied onder de curve S(u) is evenredig met de spreiding van het proces. De correlatiefunctie kan worden uitgedrukt in termen van spectrale dichtheid

R(φ) = S(φ)cosφdφ.

Stationaire willekeurige processen kunnen al dan niet de eigenschap ergodiciteit hebben. Een stationair willekeurig proces wordt ergodisch genoemd als een van de implementaties ervan met voldoende duur als het ware een ‘gemachtigde vertegenwoordiger’ is van de gehele reeks implementaties van het proces. Bij zulke processen zal elke implementatie vroeg of laat eender welke staat doormaken, ongeacht in welke staat het proces zich op dat moment bevond.

Waarschijnlijkheidstheorie en wiskundige statistiek worden gebruikt om fouten te beschrijven. Eerst moeten echter een aantal belangrijke voorbehouden worden gemaakt:

* de toepassing van methoden van wiskundige statistiek op de verwerking van meetresultaten is alleen geldig onder de veronderstelling dat de verkregen individuele metingen onafhankelijk van elkaar zijn;

* De meeste formules van de waarschijnlijkheidstheorie die in de metrologie worden gebruikt, zijn alleen geldig voor continue verdelingen, terwijl foutverdelingen als gevolg van de onvermijdelijke kwantisering van steekproeven strikt genomen altijd discreet zijn, d.w.z. de fout kan slechts een aftelbaar groot aantal waarden aannemen.

De voorwaarden voor continuïteit en onafhankelijkheid voor meetresultaten en hun fouten worden dus bij benadering waargenomen, en soms niet. In de wiskunde wordt de term ‘continue willekeurige variabele’ opgevat als een aanzienlijk beperkter concept, beperkt door een aantal voorwaarden, dan ‘willekeurige fout’ in de metrologie.

Gegeven deze beperkingen kan het proces van het optreden van willekeurige fouten in meetresultaten minus systematische en progressieve fouten doorgaans worden beschouwd als een gecentreerd stationair willekeurig proces. De beschrijving ervan is mogelijk op basis van de theorie van statistisch onafhankelijke willekeurige variabelen en stationaire willekeurige processen.

Bij het uitvoeren van metingen is het noodzakelijk om de fout te kwantificeren. Voor een dergelijke beoordeling is het noodzakelijk om bepaalde kenmerken en parameters van het foutenmodel te kennen. Hun nomenclatuur hangt af van het type model en de vereisten voor de geschatte fout. In de metrologie is het gebruikelijk om drie groepen kenmerken en foutparameters te onderscheiden. De eerste groep bestaat uit meetfouten (foutstandaarden), gespecificeerd als vereiste of acceptabele standaarden voor kenmerken. De tweede groep kenmerken zijn fouten die worden toegeschreven aan het geheel van metingen die volgens een bepaalde techniek zijn uitgevoerd. De kenmerken van deze twee groepen worden voornamelijk gebruikt bij technische massametingen en vertegenwoordigen probabilistische kenmerken van de meetfout. De derde groep kenmerken - statistische schattingen van meetfouten weerspiegelen de nabijheid van een afzonderlijk, experimenteel verkregen meetresultaat tot de werkelijke waarde van de gemeten waarde. Ze worden gebruikt bij metingen die worden uitgevoerd tijdens wetenschappelijk onderzoek en metrologische werkzaamheden.

Als kenmerken van de willekeurige fout worden de standaardafwijking van de willekeurige component van de meetfout en, indien nodig, de genormaliseerde autocorrelatiefunctie ervan gebruikt.

De systematische component van de meetfout wordt gekenmerkt door:

* RMS-afwijking van de niet-uitgesloten systematische component van de meetfout;

* grenzen waarbinnen de niet-uitgesloten systematische component van de meetfout zich bevindt met een gegeven waarschijnlijkheid (in het bijzonder met een waarschijnlijkheid gelijk aan één).

Vereisten voor foutkenmerken en aanbevelingen voor hun selectie worden gegeven in het regelgevingsdocument MI 1317-86 "GSI. Resultaten en kenmerken van meetfouten. Presentatievormen. Gebruiksmethoden bij het testen van productmonsters en het bewaken van hun parameters."