69035

Детерминированные сигналы и их свойства. Математические модели. Спектральное представление

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

С помощью детерминированных сигналов можно подробно изучить свойства каждого из параметров известных энергетических сигналов. Тем не менее гармонические колебания составляют фундаментальнейшую основу математического описания моделирования реальных сигналов.

Русский

2014-09-29

130.5 KB

53 чел.

Практическое занятие 2.3

Тема 2. Сообщение и сигнал.

Занятие 3. Детерминированные сигналы и их свойства. Математические модели. Спектральное представление.

Детерминированные сигналы и их свойства.

Математические модели детерминированных сигналов.

Спектральное представление детерминированных сигналов.

Зюко  стр. 27-28

Кловский стр  16-17

Финк 24-27

4.Гоноровский 24-26, 31-34


Детерминированные сигналы и их свойства.

Электрические сигналы переносят сообщения за счет свойства изменять один или несколько параметров во времени по закону передаваемого сообщения. С помощью детерминированных сигналов можно подробно изучить свойства каждого из параметров известных энергетических сигналов.

длительность

полоса частот

мощность

и другие.

Чтобы глубже изучить зависимость между поведением сигнала и количества переносимой им информации, а также ресурсам системы связи необходимым для передачи конкретного сигнала.

Основные разновидности детерминированного сигнала (как модели) были переведены на рисунке 2.2.6

Гармонические колебания

Видеоимпульсы

Радиоимпульсы

Эти символы можно подразделить на две группы : переодические и непереодические.

Если — временная математическая функция, описывающая сформированный сигнал, то периодическим называется сигнал для которого выполняется условие

Где

T период повторения формы сигнала

k — любое целое число

Не периодичным детерминированным сигналом называется любой детерминированный сигнал для которого не выполняется условие (2.3.1),

Как правило непериодический детерминированный сигнал ограничен во времени.

Простейшим периодичным детерминированным сигналом является гармоническое колебание.

 (2.3.2)

где — (постоянная) амплитуда (наибольшее отклонение от нулевого значения) колебания;

— период колебания (длительность 1 цикла колебаний)

— циклическая частота (количество колебаний в единицу времени)

— круговая частота (количество колебаний в единицу времени, выраженное в радианной мере —  радиан);

 — начальная фаза колебаний (в радианной мере).

Аргумент , называют полной фазой колебания и .

Детерминированость сигнала как свойство заключается в постоянстве каждого из параметров. Это условие является чрезвычайно жестким.

С одной стороны только для гармонических (монохроматических) колебаний имеет смысл понятие “амплитуда” и “частота” .

С другой стогны колебаний, описываемых (2.3.2) в природе строго говоря, практически не существует.

Тем не менее гармонические колебания составляют фундаментальнейшую основу математического описания (моделирования) реальных сигналов.

Что же касается понятий “частота” и “амплитуда”, то они часто употребляются в весьма приблизительном смысле, что нередко таит опасность грубых инженерных ошибок.

Основные свойства детерминированного гармонического колебания в отношении параметра “частота”.

Параметр  не зависит от времени

При прохождении сигнала через линейную цепь с постоянными параметрами не изменяется, могут измениться только амплитуды и начальные фазы: ;

Является аргументом передаточной функции линейной цепи: , где под передаточной функцией понимают закон изменения амплитуды и фазы данного гармонического колебания с частотой  при прохождении через данную линейную цепь.

Математические модели детерминированных сигналов.

Выше было указано, что гармонические сигналы являются одной из важнейших математических моделей сигнала, хотя реально практически не встречаются в идеальной форме.

Другие детерминированные колебания могут иметь математические модели близкие к своему физическому анализу. На рис. 2.3.2 и 2.3.3 представлены математические описания и параметры сигналов, изображенные ранее на рисунке 2.2.7.

Из рис. 2.3.2. и 2.3.3 следует, что видеоимпульсы имеют свою группу параметров:

амплитуда

период

длительность импульса

Производным является параметр скважность импульсной последовательности .

Кроме того, форма видеоимпульсов может быть разной.

В дополнение к перечисленным параметрам, радиоимпульс имеет параметры:

частота колебаний заполнения

начальная фаза колебаний заполнения .

Примером детерминированного непериодического сигнала может служить фрагмент гармонического колебания:   (2.3.3)

Для такого сигнала понятия “частота” и “амплитуда” используют с оговоркой на интервал существования сигнала. Однако свойства сигналов (2.3.2)  и (2.3.3) принципиально различны.

Понятие о спектральном представлении детерминированных сигналов.

В реальных каналах сигналы электросвязи занимают не только временной промежуток для своей передачи, обладают не только определенной энергией . Важнейшим показателем ресурса среды передачи, в которой передается конкретный сигнал, является занимаемая им полоса частот . Тогда мерой задействованного в среде передачи ресурса является объем сигнала:   (2.3.4)

а произведение  называется базой сигнала.

Выше мы рассмотрели математические модели, описывающие сигналы во временной области.

Следует особо подчеркнуть, что описание сигнала во временной области всегда содержит энергетические параметры сигнала ( и т. д.).

Чтобы перейти к описанию сигналов в частотной области, снова обратимся к гармоническому колебанию.

На рис. 2.3.4 представ ленно отображение сигнала (2.3.2) в области частот (говорят — в спектральной области).

Область частот, (спектральная область) — определенное на непрерывное множество возможных для описания гармонических колебаний.

Эта область не содержит никаких признаков временного описания (в явном виде). В неявном виде это подразумевает существование гармонического сигнала в бесконечном времени . Энергетические свойства сигнала отображаются через его амплитудные признаки .

Главным постулатом описания сигналов в области частот является:

гармонический сигнал вида (2.3.2) является единственным из возможных сигналов, который отображаются на частотой оси в виде монохроматического колебания, т. е. Содержит единственную частотную компоненту.

Следствие 1.

Всякое колебание (сигнал), отличающийся от строго гармонического, отображается некоторым множеством (дискретным или непрерывным, конечным или бесконечным) частотных компонентнабором гармонических колебаний. (свойство 4!).

С учетом замечания, что в природе идеальные гармонические колебания практически не встречаются, (!) (сравни с 2.3.3), становиться понятным, что любой реальный сигнал в частотной области занимает определенный ресурс. (часть области).

Определение 1. (спектра).

Спектром сигнала назовем часть области частот, которую занимает данный сигнал в этой области.

Реальные физические среды и устройства не могут одновременно с одинаковыми энергетическими потерями пропускать колебания во всей области частот, (рис. 2.3.5) Поэтому вопрос о том, как частотные свойства среды и устройств сочетаются с частотными свойствами передаваемых сигналов, является одним из центральных а радиотехнике и технике связи.

Составная часть теории сигналов, занимающаяся изучением свойств сигналов в частотной области, называется спектральной теорией сигналов (СТС).

Первые результаты СТС были получены экспериментально с использованием реальных сигналов и реальных радиотехнических устройств.

Позже был найден, подобран математический аппарат, вполне удовлетворительно описывающий частотные (спектральные) свойства реальных сигналов. Этим аппаратом стал математический аппарат рядов и интегралов Фурье.

(Частотные свойства радиотехнических устройств изучаются в общеинженерных дисциплинах — “Линейных РТУ” и “Нелинейных РТУ” — рис. 2.3.6)

О сущности математического аппарата Фурье речь пойдет на последующих занятиях. (2.4, 2.5).

Выводы

Исходным, первичным, истинным описанием сигнала является его временное описа6ие. Временная область описания — сфера пользователя телекоммуникационной системы.

Поскольку любая среда, любое устройство ограничено в своих частотных свойствах, (рисунок 2.3.5), то описание частотных свойств сигналов, — важнейшая задача теории сигналов и ее фрагмента — спектральной теории сигналов. (рис 2.3.6) Частотная область описания — сфера материальной среды передачи сигналов. Это описание вторично и имеет смысл только тогда, когда это связано со свойствами материальной среды, через которую передается сигнал.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9102. Держава і право Росії 18-початку 20 століття 127.5 KB
  Держава і право Росії 18-початку 20 століття. План 1. Державні реформи першої половини 18 століття. 2. Формування нової системи права. Кодифікація права. 3. Реформи 60-70-х років. Селянська реформа 1861 р. Судова реформа 1864 р. Земська реформа 1864...
9103. Держава і право США Новітнього періоду 133.5 KB
  Держава і право США Новітнього періоду. Централізація державної влади. Новий курс президента Ф.Д. Рузвельта. Зміни в конституції. Партійна система і її вплив на формування державних органів. Місцеве управління, суд, поліція...
9104. Держава і право Німеччини Новітнього періоду 110 KB
  Держава іправоНімеччини Новітнього періоду. План Листопадова революція 1918 року. Зміни в державному ладі, політичному режимі та партійній системі. Встановлення фашистської диктатури. Зміни в державному ладі та праві. К...
9105. Держава і право Франції Новітнього періоду 81.5 KB
  Держава і право Франції Новітнього періоду. ПЛАН . Зміни в державному устрої та політичному режимі між двома світовими війнами. Падіння Третьої республіки. Державний устрій та політичний режим Четвертої республіки. Державний устрій...
9106. СТАРОДАВНІ ДЕРЖАВИ І ПРАВО НА ТЕРИТОРІЇ УКРАЇНИ 92.5 KB
  СТАРОДАВНІ ДЕРЖАВИ І ПРАВО НА ТЕРИТОРІЇ УКРАЇНИ Виникнення стародавніх держав. Трипільська культура. Держава і право скіфів. Держава і право античних міст-держав. Держава і право Боспорського царства. Держава і право стародавніх східних слов`ян. Пол...
9107. ДЕРЖАВА І ПРАВО КИЇВСЬКОЇ РУСІ 166.5 KB
  ДЕРЖАВА І ПРАВО КИЇВСЬКОЇ РУСІ Утворення, розвиток і занепад Київської Русі. Суспільний лад. Державний устрій. Характеристика права. 1. Утворення, розвиток і занепад Київської Русі У Літописі Руськомуo (який містить Повість време...
9108. ДЕРЖАВА І ПРАВО ГАЛИЦЬКО-ВОЛИНСЬКОГО КНЯЗІВСТВА 370 KB
  ДЕРЖАВА І ПРАВО ГАЛИЦЬКО-ВОЛИНСЬКОГО КНЯЗІВСТВА (друга половина 11 - середина 14 ст.) Утворення, розвиток і занепад Галицько-Волинського князівства. Суспільний лад. Державний устрій. Характеристика права. 1. Утворення Га...
9109. ДЕРЖАВА І ПРАВО УКРАЇНСЬКИХ ЗЕМЕЛЬ У СКЛАДІ ВЕЛИКОГО КНЯЗІВСТВА ЛИТОВСЬКОГО ТА РЕЧІ ПОСПОЛИТОЇ 306.5 KB
  ДЕРЖАВА І ПРАВО УКРАЇНСЬКИХ ЗЕМЕЛЬ У СКЛАДІ ВЕЛИКОГО КНЯЗІВСТВА ЛИТОВСЬКОГО ТА РЕЧІ ПОСПОЛИТОЇ 1. Приєднання українських земель до Великого князівства Литовського і Речі Посполитої. 2. Виникнення українського козацтва. Запорізька Січ. 3. Суспільний ...
9110. ДЕРЖАВА І ПРАВО УКРАЇНИ У ПЕРІОД НАРОДНО-ВИЗВОЛЬНОЇ ВІЙНИ 1648-1654 рр. 143 KB
  ДЕРЖАВА І ПРАВО УКРАЇНИ У ПЕРІОД НАРОДНО-ВИЗВОЛЬНОЇ ВІЙНИ 1648-1654 рр. Антикріпосницький і національно-визвольний характер народної війни. Суспільний лад України у період народно-визвольної війни. Державний устрій України періоду...