Сигнали та їх характеристики

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Тема: "Сигнали та їх характеристики"

Сигнал - фізичний процес, що відображає повідомлення. У технічних системах найчастіше використовуються електричні сигнали. Сигнали, як правило, є функціями часу.

1. Класифікація сигналів

Сигнали можна класифікувати за різними ознаками:
1. Безперервні (аналогові) - сигнали, які описуються неперервними функціями часу, тобто приймають безперервне безліч значень на інтервалі визначення. Дискретні - описуються дискретними функціями часу тобто приймають кінцеве безліч значень на інтервалі визначення.
Детерміновані - сигнали, які описуються детермінованими функціями часу, тобто значення яких визначені в будь-який момент часу. Випадкові - описуються випадковими функціями часу, тобто значення яких у будь-який момент часу є випадковою величиною. Випадкові процеси (СП) можна класифікувати на стаціонарні, нестаціонарні, Ергодіческіе і неергодіческіе, а так само, гаусові, марковські і т.д.
3. Періодичні - сигнали, значення яких повторюються через інтервал, що дорівнює періоду
х (t) = х (t + nT), де n = 1,2 ,...,¥; T - період.
4. Kаузальние - сигнали, що мають початок у часі.
5. Фінітних - сигнали кінцевої тривалості і рівні нулю поза інтервалу визначення.
6. Когерентні - сигнали, що збігаються в усіх точках визначення.
7. Ортогональні - сигнали протилежні когерентним.

2. Характеристики сигналів

1. Тривалість сигналу (час передачі) Т с - інтервал часу, протягом якого існує сигнал.
2. Ширина спектра F c - діапазон частот, в межах яких зосереджена основна потужність сигналу.
3. База сигналу - твір ширини спектру сигналу на його тривалість.
4. Динамічний діапазон D c - логарифм відношення максимальної потужності сигналу - P max до мінімальної - P min (мінімально-розрізни-травня на рівні перешкод):
D c = log (P max / P min).
У виразах, де може бути використані логарифми з будь-якою підставою, підстава логарифма не вказується.
Як правило, основу логарифма визначає одиницю виміру (наприклад: десятковий - [Бел], натуральний - [Непер]).
5. Обсяг сигналу визначається співвідношенням V c = T c F c D c.
6. Енергетичні характеристики: миттєва потужність - P (t); середня потужність - P СР і енергія - E. Ці характеристики визначаються співвідношеннями:
P (t) = x 2 (t); ; (1)
де T = t max - t min.

3. Математичні моделі випадкових сігнлов

Детерміноване, тобто заздалегідь відоме повідомлення, не містить інформації, т.к одержувачу заздалегідь відомо, яким буде переду-ваемий сигнал. Тому сигнали носять статистичний характер [11].
Випадковий (стохастичний, імовірнісний) процес - процес, який описується випадковими функціями часу.
Випадковий процес Х (t) може бути представлений ансамблем невипадкових функцій часу x i (t), званих реалізаціями або вибірками (див. рис.1).
X (t)
x 1 (t)
                                                         
x 2 (t)
x n (t)
0 t 1 t 2 t


Рис.1. Реалізації випадкового процесу X (t)
Повної статистичної характеристикою випадкового процесу є n - мірна функція розподілу: F n (x 1, x 2 ,..., x n; t 1, t 2 ,..., t n), або щільність ймовірності f n (x 1 , x 2 ,..., x n; t 1, t 2 ,..., t n).
Використання багатовимірних законів пов'язано з певними труднощами, тому часто обмежуються використанням одновимірних законів f 1 (x, t), що характеризують статистичні характеристики випадкового процесу в окремі моменти часу, звані перерізами випадкового процесу або двовимірних f 2 (x 1, x 2; t 1, t 2), що характеризують не тільки статистичні характеристики окремих перерізів, але і їх статистичну взаємозв'язок.
Закони розподілу є вичерпними характеристиками випадкового процесу, але випадкові процеси можуть бути досить повно охарактеризовано і з допомогою, так званих, числових характеристик (початкових, центральних і змішаних моментів). При цьому найбільш часто використовуються такі характеристики: математичне сподівання (початковий момент першого порядку)
, (2)
середній квадрат (початковий момент другого порядку)
, (3)
дисперсія (центральний момент другого порядку)
; (4)
кореляційна функція, яка дорівнює кореляційному моменту відповідних перерізів випадкового процесу

. (5)
При цьому справедливо наступне співвідношення:
(6)
Стаціонарні процеси - процеси, в ​​яких числові характеристики не залежать від часу.
Ергодіческіе процеси - процес, в яких результати усереднення і з великого збігаються.
Гаусові процеси - процеси з нормальним законом розподілу:
(7)
Цей закон відіграє виключно важливу роль в теорії передачі сигналів, т.к більшість перешкод є нормальними.
Відповідно до центральною граничною теоремою більшість випадкових процесів є гауссовими.
М арковскій процес - випадковий процес, у яких ймовірність кожного наступного значення визначається тільки одним попереднім значенням.

4. Форми аналітичного опису сигналів

Сигнали можуть бути представлені в тимчасовій, операторної або частотній області, зв'язок між якими визначається за допомогою перетворень Фур'є і Лапласа (див. рис.2).
Перетворення Лапласа:
L: L -1: (8)
Перетворення Фур'є:
F: F -1: (9)
L:
t
p
w


L-1:
F-1: p = jw

F: jw = p
Рис.2 Області подання сигналів
При цьому можуть бути використані різні форми подання сигналів з вигляді функцій, векторів, матриць, геометричне і т.д.
При описі випадкових процесів в тимчасовій області використовується, так звана, кореляційна теорія випадкових процесів, а при описі в частотній області - спектральна теорія випадкових процесів.
З урахуванням парності функцій і і відповідно до формулами Ейлера:
(10)
можна записати вирази для кореляційної функції R x (t) і енергетичного спектру (спектральної щільності) випадкового процесу S x (w), які пов'язані перетворенням Фур'є або формулами Вінера - Хинчина
; (11)
. (12)

5. Геометричне уявлення сигналів та їх характеристик

Будь-які n - чисел можна уявити у вигляді точки (вектора) в n-мірному просторі, віддаленої від початку координат на відстані D,
де . (13)
Сигнал тривалістю T с і шириною спектру F з, відповідно до теореми Котельникова визначається N відліками, де N = 2F c T c.
Цей сигнал може бути представлений точкою в n - мірному просторі або вектором, що з'єднує цю точку з початком координат [5].
Довжина цього вектора (норма) дорівнює:
; (14)
де x i = x (n Dt) - значення сигналу в момент часу t = n. Dt.
Припустимо: X - передане повідомлення, а Y - прийняте. При цьому вони можуть бути представлені векторами (рис.3).
                      X2, Y2
                          
x2 X
d
                                          
y2 Y
                             g       
X1, Y1
0 a 1 a 2 x1 y1
Рис.3. Геометричне уявлення сигналів
Визначимо зв'язку між геометричним і фізичним представленням сигналів. Для кута між векторами X і Y можна записати
cos g = cos (a 1 - a 2) = cos a 1 cos a 2 + sin a 1 sin a 2 =
= (15)
Для N - відліків:
cos g (16)
Знайдемо модуль формального вектора. Для цього розглянемо квантів-ний сигнал (рис. 4).
X
0 D t t
T


Рис. 4. Графік сигналу
Рис.4. Графік сигналу
Середня потужність сигналу
.
Енергія сигналу
.
Енергія кванта
.
Енергію квантованного сигналу можна визначити за формулою
.
При цьому модуль сигналу дорівнює
.
Взаємна кореляційна функція дорівнює
.
При цьому
.
Це нормована кореляційна функція
Якщо g = 90 о, то r xy (t) = 0 - сигнали ортогональні, тобто незалежні;
Якщо g = 0, то r xy (t) = 1 - переданий сигнал дорівнює прийнятому;
Вектор d - характеризує (перешкоду) помилку. Визначимо дисперсію помилки:

За вектору помилки визначають, чи припустима її величина.

Список літератури

1. Hayes, MH Statistical Digital Signal Processing and Modeling. New York: John Wiley & Sons, 1996.
2. Баскаков С.І. Радіотехнічні ланцюги і сигнали: Учеб. для вузів за спец. "Радіотехніка". - М.: Вищ. шк., 2000.
3. Голд Б., Рейдер Ч. Цифрова обробка сигналів / Пер. з англ., під ред.А.М. Трахтман. - М., "Рад. Радіо", 1973, 368 с.
4. Грінченка А.Г. Теорія інформації та кодування: Навч. посібник. - Харків: ХПУ, 2000.
5. Карташов В.Г. Основи теорії дискретних сигналів і цифрових фільтрів. - М.: Вищ. шк., 1982.
6. Колесник В.Д., Полтирев Г.Ш. Курс теорії інформації. -М.: Наука, 1982.
7. Купріянов М.С., Матюшкін Б.Д. - Цифрова обробка сигналів: процесори, алгоритми, засоби проектування. - СПб.: Політехніка, 1999.
8. Марпл С.Л. Цифровий спектральний аналіз. М.: Світ, 1990.
9. Рудаков П. І, Сафонов В.І. Обробка сигналів та зображень Matlab 5. x. Діалог-МІФІ. 2000.
10. Сергієнко А.Б. Цифрова обробка сигналів. - СПб.: Пітер, 2002.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Програмування, комп'ютери, інформатика і кібернетика | Реферат
28.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Сигнали та їх характеристика
Сигнали ринку
Сигнали BIOS
Дискретні сигнали
Біотелеметріческіе сигнали і їх калібрування
Сигнали нервових клітин
Сигнали сприйняття мови тіла
Електронні вимірювальні прилади й сигнали
Сигнали та процеси в радіотехніці СіПРТ
© Усі права захищені
написати до нас