3. Сигнали та їх перетворення

3.1. Види сигналів і їхні характеристики

Відомості (повідомлення) можуть бути використані адресатом у тому випадку, якщо вони йому надані, передані. Матеріальним носієм відомостей (повідомлень) є будь-який фізичний сигнал, стан якого відповідає змісту повідомлення, яке передається. Як сигнал використовуються фізичні процеси із змінюваними параметрами, що мають властивість розповсюдження у просторі, тобто сигнал — фізичний процес, параметри якого містять відомості, повідомлення, інформацію. І взагалі, відомості, повідомлення, інформація існують у вигляді сигналів.

У сучасній інформаційній техніці знайшли застосування електричні, електромагнітні, світлові, механічні, звукові, ультразвукові сигнали. Сигнали можуть бути неперервними, дискретними й неперервно-дискретними (дискретно-неперервними). Неперервним називають сигнал (рис. 3.1, а), який приймає неперервну множину X_i на деякому відрізку часу (t₀, t_k) і в діапазоні, що обмежує його мінімальну й максимальну величини, тобто сигнал є неперервним і за значенням (величиною), і за часом.

Дискретним називають сигнал (рис. 3.1, б), який приймає множину окремих значень у певному інтервалі часу й діапазоні величин, тобто сигнал є дискретним і за значенням (величиною), і за часом.

Сигнали, неперервні тільки за значенням (величиною) (рис. 3.1, в) або тільки за часом (рис. 3.1, г), прийнято називати неперервно-дискретними (або дискретно-неперервними). Неперервними сигналами є, наприклад, фіксований рівень (рис. 3.2, а), коливання (рис. 3.2, б). Дискретними сигналами є імпульсні (рис. 3.2, в). У вихідному стані (рис. 3.2, а, б, в) сигнали y_i являють собою ніби чисту поверхню, підготовлену до нанесення необхідних повідомлень. Нанесення повідомлень полягає в тому, що змінюються один або декілька параметрів сигналу відповідно до повідомлень, які передаються. Ці параметри сигналів будемо називати інформаційними.

Фіксований рівень сигналу (рис. 3.2, а) має один інформаційний параметр (наприклад, значення напруги або струму). Нанесення повідомлення на фіксований рівень приводить до його змінення (рис. 3.2, г). При цьому може змінюватися й полярність фіксованого рівня.

Інформаційними параметрами коливань є амплітуда (рис. 3.2, д), частота (рис. 3.2, е), фаза (рис. 3.2, ж).

Нанесення повідомлення на параметр сигналу називають відповідно амплітудною (АМ, рис. 3.2, д), частотною (ЧМ, рис. 3.2, е) і фазовою (ФМ, рис. 3.2, ж) модуляціями.

Інформаційними параметрами послідовності імпульсів (рис. 3.2, з  п) є:

 амплітуда імпульсів (рис. 3.2, з) — амплітудно-імпульсна модуляція (АІМ);

 частота імпульсів (рис. 3.2, и) — частотно-імпульсна модуляція (ЧІМ);

 кількість імпульсів (рис. 3.2, к) — лічильно-імпульсна модуляція (ЛІМ);

 комбінація імпульсів і пауз (рис. 3.2, л) — кодоімпульсна модуляція (КІМ);

 довжина імпульсів і довжина пауз(рис. 3.2, м) — широко-імпульсна модуляція (ШІМ);

 ширина імпульсів при фіксованому рівні періоду імпульсів (рис. 3.2, н) — часоімпульсна модуляція;

 фаза (довжина пауз) (рис. 3.2, п) — фазоімпульсна модуляція (ФІМ).

Строго кажучи, ФІМ, ШІМ, ЛІМ, КІМ є окремими випадками часо- імпульсної модуляції.

а б в

г д е

ж з и

к л м

н п

Рис. 3.2. Носії інформації

Для передавання повідомлень використовують елементи або сукупності елементів названих вище інформаційних параметрів. Такі елементи або їх сукупність називають посиланнями або комбінаціями посилань.

Різним повідомленням мають відповідати й різні посилання або комбінації посилань. Для цих цілей розроблено різні способи формування й розподілу посилань: полярне (рис. 3.3, а, б), фазове (рис. 3.3, в, г), частотне (рис. 3.3, д, е), часове (рис. 3.3, ж, з) та ін.

Способи розподілу посилань покладено в основу будови каналів передачі. Усі сигнали, які використовуються в системах оброблення сигналів, можна розділити на дві групи: детерміновані й випадкові.

Детерміновані сигнали характеризуються тим, що в будь-які моменти часу їхні параметри є відомими. Випадкові сигнали мають випадкові параметри. Поділ сигналів на випадкові й детерміновані є умовним, тому що детермінованих сигналів у точному їх розумінні в природі немає. На практиці не може бути заздалегідь точно передбачено значення сигналу в будь-які моменти часу, у протилежному випадку сигнал не ніс би корисної інформації. Крім того, будь-який сигнал є випадковим внаслідок впливу на нього численних випадкових факторів (завад).

Незважаючи на це, дослідження детермінованих сигналів є дуже важливим з таких причин:

 математичний апарат для аналізу й синтезу детермінованих сигналів значно простіший за апарат аналізу й синтезу випадкових сигналів;

 висновки, отримані після досліджень детермінованих сигналів, в багатьох випадках можна використати для аналізу й синтезу випадкових сигналів.