76247

Демодуляция и декодирование. Дискретизация сигналов. Теорема Котельникова

Реферат

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Под дискретизацией сигналов понимают преобразование функций непрерывных переменных в функции дискретных переменных, по которым исходные непрерывные функции могут быть восстановлены с заданной точностью. Роль дискретных отсчетов выполняют, как правило, квантованные значения функций в дискретной шкале координат.

Русский

2015-01-30

92 KB

17 чел.

Международная образовательная корпорация

Факультет Прикладных Наук

Реферат

на тему «Демодуляция и декодирование.Дискретизация сигналов. Теорема Котельникова»

По дисциплине «Теория электрической связи»

Выполнила: студент группы

ФПН-РЭиТ(з)-4С* 

Джумагельдин Д

Проверила: Глухова Н.В 

Алматы, 2015

Содержание

І Введение

ІІ Основная часть

  1.  Демодуляция и декодирование
    1.  Задачи дискретизации функций

2.1 Равномерная дискретизация

           3.  Интерполяционный ряд Котельникова-Шеннона

           4.  Дискретизация спектров 

ІІІ Заключение

ІV Список использованной литературы

Введение

В первой половине ХХ века при регистрации и обработке информации использовались, в основном, измерительные приборы и устройства аналогового типа, работающие в реальном масштабе времени, при этом даже для величин, дискретных в силу своей природы, применялось преобразование дискретных сигналов в аналоговую форму. Положение изменилось с распространением микропроцессорной техники и ЭВМ. Цифровая регистрация и обработка информации оказалась более совершенной и точной, более универсальной, многофункциональной и гибкой. Мощь и простота цифровой обработки сигналов настолько преобладают над аналоговой, что преобразование аналоговых по природе сигналов в цифровую форму давно стало производственным стандартом.

Под дискретизацией сигналов понимают преобразование функций непрерывных переменных в функции дискретных переменных, по которым исходные непрерывные функции могут быть восстановлены с заданной точностью. Роль дискретных отсчетов выполняют, как правило, квантованные значения функций в дискретной шкале координат. Под квантованием понимают преобразование непрерывной по значениям величины в величину с дискретной шкалой значений из конечного множества разрешенных, которые называют уровнями квантования. Если уровни квантования нумерованы, то результатом преобразования является число, которое может быть выражено в любой числовой системе. Округление с определенной разрядностью мгновенных значений непрерывной аналоговой величины с равномерным шагом по аргументу является простейшим случаем дискретизации и квантования сигналов при их преобразовании в цифровые сигналы.

Демодуляция и декодирование

Переданное сообщение в приёмнике обычно восстанавливается в такой последовательности. Сначала сигнал демодулируется. В системах передачи непрерывных сообщений в результате демодуляции восстанавливается первичный сигнал, отображающий переданное сообщение. Этот сигнал затем поступает на воспроизводящее или записывающее устройство. В радиовещании таким устройством может быть громкоговоритель или магнитофон. В системах передачи дискретных сообщений обычно в результате демодуляции последовательность элементов сигнала превращается в последовательность кодовых символов. Затем по ним восстанавливаются сообщения, выдаваемые получателю. Последнее преобразование называется декодированием.Не следует думать, что демодуляция и декодирование — это просто операции, обратные модуляции и кодированию, выполняемые над пришедшим из канала сигналом. В результате различных искажений и воздействия помех пришедший сигнал может существенно отличаться от переданного. Поэтому всегда можно высказать ряд предположений (гипотез) о том, какое сообщение передавалось. Задачей приёмного устройства является принятие решения о том, какое из возможных сообщений действительно передавалось источником. Для этого принятый сигнал подвергается анализу с учётом всех сведений об источнике (например, о вероятностях, с которыми источник посылает то или иное сообщение), о применяемом коде и методе модуляции, а также о свойствах канала, В результате анализа обычно можно определить условные (апостериорные) вероятности возможных гипотез и на основании этих вероятностей принять решение, которое и поступает к получателю. Та часть приёмного устройства, которая осуществляет анализ приходящего сигнала и принимает решение о переданном сообщении, называется решающей схемой.В системах передачи непрерывных сообщений при аналоговой модуляции решающая схема определяет по пришедшему искажённому канальному (вторичному) сигналу наиболее вероятный переданный первичный сигнал и восстанавливает его. Здесь решающей схемой является демодулятор. В системах передачи дискретных сообщений решающая схема чаще всего состоит из двух частей; первой решающей схемы — демодулятора и второй решающей схемы — декодера.Иногда при передаче дискретных сообщений операции демодуляции и декодирования выполняет одно устройство, которое приходящую последовательность элементов сигнала преобразует сразу в последовательность символов (букв) сообщения. Такой метод приёма называют совместной демодуляцией-декодированием или приёмом в целом, в отличие от поэлементного приёма с двумя решающими схемами. В первом случае анализируется целиком отрезок сигнала, соответствующий кодовой комбинации, и на основании того или иного критерия восстанавливается переданный элемент сообщения (буква). Во втором случае сначала анализируются отдельные элементы сигнала, соответствующие кодовым символам, а

Задачи дискретизации функций

Принципы дискретизации. Сущность дискретизации аналоговых сигналов заключается в том, что непрерывность во времени аналоговой функции s(t) заменяется последовательностью коротких импульсов, амплитудные значения которых cn определяются с помощью весовых функций, либо непосредственно выборками (отсчетами) мгновенных значений сигнала s(t) в моменты времени tn.Представление сигнала s(t) на интервале Т совокупностью дискретных значений cn записывается в виде:

1, с2, ... , cN) = А[s(t)],

где А - оператор дискретизации. Запись операции восстановления сигнала s(t):

s'(t) = В[(с1, с2, ... , cN)].

Выбор операторов А и В определяется требуемой точностью восстановления сигнала. Наиболее простыми являются линейные операторы. В общем случае:

сn =qn(t) s(t) dt, (5.1.1)

где qn(t) - система весовых функций.

Отсчеты в выражении (5.1.1) связаны с операцией интегрирования, что обеспечивает высокую помехоустойчивость дискретизации. Однако в силу сложности технической реализации "взвешенного" интегрирования, последнее используется достаточно редко, при высоких уровнях помех. Более широкое распространение получили методы, при которых сигнал s(t) заменяется совокупностью его мгновенных значений s(tn) в моменты времени tn. Роль весовых функций в этом случае выполняют гребневые (решетчатые) функции. Отрезок времени Dt между соседними отсчетами называют шагом дискретизации. Дискретизация называется равномерной с частотой F=1/Dt, если значение Dt постоянно по всему диапазону преобразования сигнала. При неравномерной дискретизации значение Dt между выборками может изменяться по определенной программе или в зависимости от изменения каких-либо параметров сигнала.

Воспроизведение непрерывного сигнала по выборкам может проводиться как на основе ортогональных, так и неортогональных базисных функций. Воспроизводящая функция s'(t) соответственно представляется аппроксимирующим полиномом:

s'(t) =cn vn(t), (5.1.2)

где vn(t) - система базисных функций. Ортогональные базисные функции обеспечивают сходимость ряда к s(t) при n Ю Ґ . Оптимальными являются методы дискретизации, обеспечивающие минимальный числовой ряд при заданной погрешности воспроизведения сигнала. При неортогональных базисных функциях используются, в основном, степенные алгебраические полиномы вида:

s'(t) =cn tn. (5.1.3)

Если значения аппроксимирующего полинома совпадают со значениями выборок в моменты их отсчета, то такой полином называют интерполирующим. В качестве интерполирующих полиномов обычно используются многочлены Лагранжа. Для реализации интерполирующих полиномов необходима задержка сигнала на интервал дискретизации, что в системах реального времени требует определенных технических решений. В качестве экстраполирующих полиномов используют, как правило, многочлены Тейлора.

Естественным требованием к выбору частоты дискретизации является внесение минимальных искажений в динамику изменения сигнальных функций. Логично полагать, что искажения информации будут тем меньше, чем выше частота дискретизации F. С другой стороны также очевидно, что чем больше значение F, тем большим количеством цифровых данных будут отображаться сигналы, и тем большее время будет затрачиваться на их обработку. В оптимальном варианте значение частоты дискретизации сигнала F должно быть необходимым и достаточным для обработки информационного сигнала с заданной точностью, т.е. обеспечивающим допустимую погрешность восстановления аналоговой формы сигнала (среднеквадратическую в целом по интервалу сигнала, либо по максимальным отклонениям от истинной формы в характерных информационных точках сигналов).

Равномерная дискретизация

Спектр дискретного сигнала. Допустим, что для обработки задается произвольный аналоговый сигнал s(t), имеющий конечный и достаточно компактный фурье-образ S(f). Равномерная дискретизация непрерывного сигнала s(t) с частотой F (шаг Dt = 1/F) с математических позиций означает умножение функции s(t) на гребневую функцию ШDt(t) =d(t-kDt) – непрерывную последовательность импульсов Кронекера:

sDt(t) = s(t)Ч ШDt(t) = s(t)d(t-kDt) =s(kDt)d(t-kDt). (5.2.1)

С учетом известного преобразования Фурье гребневой функции

ШDt(t) Ы (1/T)d(f-nF) = F·ШF(f), (5.2.2)

фурье-образ дискретной функции sDt(t):

SF(f) = S(f) *ШF(f). (5.2.3)

Отсюда, для спектра дискретного сигнала имеем:

SF(f) = FЧ S(f) *d(f-nF) = FS(f-nF). (5.2.4)

Из выражения следует, что спектр дискретного сигнала представляет собой непрерывную периодическую функцию с периодом F, совпадающую (при определенных условиях конечности спектра непрерывного сигнала) с функцией FЧ S(f) непрерывного сигнала s(t) в пределах центрального периода от -fN до fN, где fN = 1/2Dt = F/2. Частоту fN (или для круговой частоты wN = p/Dt) называют частотой Найквиста. Центральный период функции SF(f) называют главным частотным диапазоном.

Интуитивно понятно, что если спектр главного частотного диапазона с точностью до постоянного множителя совпадает со спектром непрерывного сигнала, то по этому спектру может быть восстановлена не только форма дискретного сигнала, но и форма исходного непрерывного сигнала. При этом шаг дискретизации и соответствующее ему значение частоты Найквиста должны иметь определяющее значение.

Как правило, шаг дискретизации сигнала (шаг числовых массивов) условно принимают равным Dt = 1, при этом главный частотный диапазон занимает интервал -0.5 Ј f Ј 0.5, или, в шкале угловых частот, соответственно -p Ј w Ј p.

Физическая сущность формирования спектров дискретных сигналов достаточно проста. Наиболее наглядно это можно увидеть, если воспользоваться программой Mathcad (см. рис. 5.2.1).

Сначала представим себе непрерывный сигнал постоянной единичной амплитуды c(t) = const = 1 на произвольном интервале 0-Т, например, при Т=100. Начнем дискретизировать сигнал с равномерным шагом Dt=1. Вычислим спектр первого дискретного отсчета c0 = 1. При N=1 сигнал является импульсом Кронекера, а, соответственно, модуль спектра отсчета с0=1 представляет собой непрерывное частотное распределение |С(w)| = const в диапазоне от -Ґ до +Ґ (показан только участок от -6p до +6p с нормировкой на N для наглядности сравнения спектров). Все частоты сигнала имеют нулевую фазу и при сложении взаимно компенсируются во всех временных точках за исключением точки t=0, в которой амплитуды частот суммируются, создавая единичный отсчет с0.

Добавим к сигналу второй дискретный отсчет с1=1 (N=2). Если вычислить спектр только второго отсчета, то его модуль будет равен модулю первого отсчета (так как с10), но нулевые фазы гармоник этого спектра переместятся в точку t=1, т.е. относительно точки t=0 фазы гармоник второго отсчета изменятся на -wDt в соответствии с теоремой запаздывания преобразования Фурье. При сложении этих двух спектров первого и второго отсчета наблюдается интерференция частот и возникают пульсации частотного спектра с максимумами на частотах, кратных F=1/Dt или в угловых единицах 2p/Dt, где фазы спектров первого и второго отсчетов совпадают и равны нулю. Форма модуля результирующего спектра при N=2 приведена на рисунке.

Физический смысл интерференции частот остается тем же самым, если мы на произвольном интервале Т зададим произвольный сигнал, например – синусоиду u(t) Ы U(f), и выполним его дискретизацию, т.е. умножим сигнал на непрерывную последовательность импульсов Кронекера c(tu(t) ® u(t)d(t-kDt) = u(t)Ч ШDt(t). А так как каждый дискретный отсчет в этом случае имеет свою определенную амплитуду и, соответственно, свой уровень амплитуд гармоник своего спектра, то сложение частот дает более сложную картину интерференции с расщеплением спектра общего сигнала всех дискретных отсчетов на две зеркальных составляющих

относительно кратных частот 2p/Dt.

Математически произведение двух функций во временной области отображается сверткой спектров этих функций в частотном представлении, т.е. сверткой спектра сигнала u(t) с частотной гребневой функцией спектра, порожденной временной гребневой функцией


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32470. Технология художественных изделий из керамики 498.54 KB
  Обжиг керамических изделий 3й разряд Сформировать знания о процессе обжига керамических изделий его видах и способах. Назначение и суть обжига керамических изделий. Виды и способы обжига. Объясняет назначение обжига керамических изделий виды и способы обжига правила загрузки и выгрузки изделий устройство обжиговых печей.
32471. Формование керамических изделий и его виды 103.77 KB
  Способы формования керамических изделий Исходя из содержания воды в формовочной массе различают следующие основные способы формовки: способ литья содержание воды 2534; пластический способ воды 1625 это свободная лепка формование на гончарном круге ручной оттиск в форме формование по вращающейся гипсовой форме с помощью шаблона или ролика; полусухой способ 716 влажности; сухой способ 27 влажности. Литье Этот способ широко применяется в производстве художественных керамических изделий что объясняется возможностью...
32472. Ручная роспись керамических изделий, подготовка, инструменты 32.21 KB
  Пером расписывают изделия прошедшие утельный или политой обжиг. Кистью можно наносить на изделия цветные массы ангобы глазурь. Роспись на изделиях можно производить без нанесения предварительного контура и по заранее нанесенному припорохом рисунку. На отводку поступают изделия предварительно оформленные основным декором.
32473. Декорирование изделий в сыром виде 15.92 KB
  Способы нанесения декора на керамический материал Декорирование является важным этапом в общем цикле технологического процесса по изготовлению художественных керамических изделий. Декорирование керамических изделий можно вести как живописным так и скульптурным методом. К живописному относят роспись изделий а также нанесение на них сплошных или частичных декоративных покрытий керамическими красками глазурями ангобами люстрами и эмалями.
32474. Сушка изделий, ее назначение, виды сушки 13.79 KB
  Сушка керамических изделий полуфабрикатов может быть естественной на открытом воздухе под навесами в сараях и т. К недостаткам туннельных сушилок относятся: большое количество вагонеток и необходимость их пополнения подверженность металлических изделий вагонеток коррозии неравномерность сушки изделий по поперечному сечению туннеля вверху температура теплоносителя выше чем внизу и необходимость круглосуточной загрузки и разгрузки вагонеток. Недостатки камерных сушилок: неравномерная сушка изделий изза различной температуры...
32475. Виды обжига керамических изделий 16.73 KB
  Периоды обжига: подъем температуры нагревание наиболее ответственный; выдержка при постоянной температуре; снижение температуры охлаждение. Составляющие режима обжига: скорость нагрева и охлаждения время выдержки при постоянной температуре температура обжига среда обжига окислительная в условиях свободного доступа воздуха; восстановительная в условиях прекращения доступа воздуха и избытка угарного газа; нейтральная. После сушки изделия имеют остаточную влажность около 24 и эта влага удаляется в начальный период обжига в...
32476. Виды декорирования – декалькомания, шелкография 39.41 KB
  Перед нанесением рисунка бумага акклиматизируется в печатном цехе в течение 34 дней иначе при многокрасочной печати может получиться несовпадение красок на рисунках изза неодинаковой влажности бумаги и воздуха в цехе.При больших тиражах и плоских или цилиндрических поверхностях наиболее экономичными являются методы прямой печати. Нагрев краски в зоне печати производится внешним источником инфракрасного излучения или пропусканием тока через саму металлическую сетку. Основные экономические особенности печати термопластичными красками...
32477. Глазури кракле 12.26 KB
  Глазури кракле. Состав глазури в в. После обжига глазурованных изделий при температуре 1000 С их покрывают тонким слоем той же глазури и вновь обжигают но уже в восстановительном пламени сильном в начальном периоде обжига. Преднамеренно получаемый равномерный цек вследствие слишком большого коэффициента термического расширения глазури по сравнению с коэффициентом расширения черепка и таким образом изза возникновения больших напряжений может создать красивую сетку трещин на поверхности глазури; этот эффект носит название к р а к л е.
32478. Основные процессы керамического производства 59.88 KB
  К основным производственным процессам относятся: подготовка сырьевых материалов для керамической массы и глазури; приготовление керамической массы и глазури; формование керамических изделий; сушка отформованных полуфабрикатов; обжиг; обработка керамических изделий. К ним относятся: приготовление эмалей глазурей красок ангобов огнеприпасов для обжига изделий изготовление пористых форм для формования изделий. Многие физикомеханические свойства масс полуфабрикатов и готовых изделий в значительной степени формируются еще на...