Классификация электрических сигналов

Термин «сигнал» является распространенным в технике связи. В соответствии с установившейся традицией сигналом называют процесс изменения во времени физического состояния какого-либо объекта.

Электрический сигнал – это электрическое напряжение или ток, изменяющиеся с течением времени и несущие в себе информацию.

Сигналы различаются по частоте: высокочастотные и низкочастотные сигналы. Высокочастотный сигнал может быть промодулирован низкой частотой, такой сигнал называется модулированным сигналом (рис. 4.1, а). В отсутствие модуляции – немодулированный ВЧ сигнал (рис. 4.1, б). Высокочастотная составляющая модулированного сигнала называется несущей частотой.

Сигналы подразделяются на периодические и непериодические. У периодических сигналов форма сигнала повторяется через определенный промежуток времени, у непериодических эта особенность отсутствует.

Периодические сигналы принято подразделять на гармонические и импульсные.

Гармонические – это сигналы, изменяющиеся по закону синусов.

Импульсные сигналы – это колебания, присутствующие лишь в пределах конечного отрезка времени. При этом различают видеоимпульсы и радиоимпульсы. Радиоимпульсы представляют собой модулированные высокочастотные сигналы – волновые пакеты, видеоимпульсы – импульсы напряжения (тока), действующие в течение коротких промежутков времени, меньших по сравнению с длительностью переходных процессов.

Импульсы могут иметь различную форму: прямоугольную, трапецеидальную, треугольную, колоколообразную.

Периодическая последовательность импульсов характеризуется периодом следования импульсов T ₀ и частотой следования импульсов f _и = 1 / T _и, длительностью импульса Т _и длительностью паузы между импульсами T _п, скважностью, то есть отношением периода следования импульсов к длительности импульса Q = T ₀ / T _и, коэффициентом заполнения, то есть отношением периода следования импульсов к длительности паузы K _з = T ₀ / T _п.

Сигналы бывают аналоговые и цифровые.

Аналоговый сигнал может принимать любое произвольное значение напряжения или тока в заданном допустимом диапазоне от минимального значения до максимального значения. То есть физический процесс, порождающий сигнал, развивается во времени таким образом, что значения сигнала можно измерять в любые моменты времени. С аналоговыми сигналами работают аналоговые вычислительные машины и устройства, аналоговый сигнал часто формируется и на выходах датчиков информации.

Первоначально в радиотехнике использовались сигналы исключительно аналогового типа. Такие сигналы позволяли с успехом решать относительно несложные технические задачи (радиосвязь, телевидение). Аналоговые сигналы было просто генерировать, принимать и обрабатывать с помощью доступных средств.

Возросшие требования к радиотехническим системам, разнообразие применения заставили искать новые принципы их построения. На смену аналоговым в ряде случаев пришли импульсные системы, работа которых основана на использовании дискретных сигналов.

Простейшая математическая модель дискретного сигнала s_d (t) – это счетное множество точек { t_i } (i – целое число) на оси времени, в каждой из которых определено отсчетное значение сигнала s_i. Как правило, шаг дискретизации для каждого сигнала постоянен.

Одно из преимуществ дискретных сигналов по сравнению с аналоговыми – отсутствие необходимости воспроизводить сигнал непрерывно во все моменты времени. За счет этого появляется возможность по одной и той же линии связи передавать сообщения от разных источников, организуя многоканальную связь с разделением каналов во времени.

Особой разновидностью дискретных сигналов являются цифровые сигналы. Для них характерно то, что отсчетные значения представлены в форме чисел. Из соображений технического удобства реализации и обработки обычно используют двоичную систему чисел.

Следует отметить, что любой дискретный или цифровой сигнал по сути является сигналом аналоговым. Так, медленно меняющемуся во времени аналоговому сигналу s (t), можно поставить в соответствие его дискретный образ, имеющий вид последовательности прямоугольных видеоимпульсов одинаковой длительности с высотой, пропорциональной значениям s (t) в отсчетных точках, либо с постоянной высотой, но различной длительностью в отсчетных точках (рис. 4.2).

Оба способа становятся эквивалентными, если положить, что значения аналогового сигнала в точках дискретизации пропорциональны площади отдельных видеоимпульсов.