1.3.3 Непрерывные и дискретные сигналы

Сигналы, как и сообщения, могут быть непрерывными и дискрет­ными.

Непрерывные сигналы могут отличаться друг от друга на нич­тожно малую величину, дискретные — имеют резко выраженные от­личительные параметры.

Непрерывные сигналы используются в не­которых системах телеизмерения, а дискретные — в устройствах телеуправления и телесигнализации.

Типичным примером дискретных сообщений и сигналов является передача информации о состоянии выключателей на подстанции. Сиг­нал при этом состоит из импульсов, параметры которых, соответству­ющие включенному состоянию выключателей, существенно отличают­ся от параметров импульсов, несущих информацию об их отключен­ном состоянии. Промежуточных значений между этими двумя крайними сигнал, как и само состояние выключателей, не имеет: невозможно пред­ставить, что выключатель включен или отключен частично.

Передача дискретных сигналов имеет ряд преимуществ перед пе­редачей непрерывных. Чтобы передать непрерывное сообщение, представленное непрерывной функцией времени X(t), ее разбивают на ряд дискретных значений. Замену непрерывного сообщения диск­ретным называют квантованием (дискретизацией). Квантование сиг­нала осуществляют либо по амплитуде, либо по времени. Замена не­прерывного сигнала дискретным приводит к дополнительной по­грешности. Однако это несущественно, если она невелика по сравнению с погрешностями, вызванными другими причинами.

На рис. 1.5 представлено квантование сигнала по амплитуде. При этом кривую X{t) разбивают на равные интервалы АХ по вертикали. Интервал 'называют шагом квантования. При заданном шаге кван­тования число дискретных значений сигнала (разрешенных уровней) в пределах изменения функции X(t) от Х_max до равно:

N = 1.4

Если мгновенное значение функции попадает внутрь интер­вала, то оно заменяется ближай­шим разрешенным. Переход с одного уровня на другой проис­ходит в момент, когда значение функции находится в середине интервала квантования, так как

именно в этот момент абсолютная погрешность квантования оказы­вается наибольшей.

Погрешность квантования определяется из выражения

= ± —-100,%. (1.5)

Из этого выражения видно, что с уменьшением Х и увеличением N погрешность уменьшается.

При квантовании по времени кривую X(t) разбивают на равные интервалы по горизонтали и передают только те значения сигнала, которые совпадают с началом (или концом) каждого интервала. Сле­довательно, при квантовании по времени передача сигналов проис­ходит в определенные фиксированные моменты времени.

Теоретически скорость передачи информации по каналу связи, определяющая пропускную способность канала, может быть выра­жена формулой

C = F_Klog₂ бит/с, (1.6)

где F_K — ширина полосы канала связи (полоса частот, которую пропускает канал);

— отношение мощности сигнала к мощности помехи

Если в секунду передается С бит информации, то за время работы канала связи Т_к можно передать количество информации

, бит.(1.7)

Мощность сигнала Р_с не может быть больше мощности Р_к, допу­стимой в канале. Приняв Р_с= получим выражение, определяю­щее наибольшее количество информации в канале связи:

бит.(1.8)

Обозначив ₌ получим объем канала:

(1.9)

где Н_к — динамический диапазон канала связи.

По аналогии можно записать выражение объема сигнала:

V_с = F_с T_с H_с , бит,

где F_C — ширина полосы частотного спектра сигнала; Т_с — длительность сигнала; Н_с — динамический диапазон сигнала.

Необходимым условием передачи сигнала по каналу связи явля­ется V_K > V_с; к достаточным условиям относятся: F_K F_C ; Т_к Т_с;

Н_к Н_с.