Todos los días la gente se enfrenta al uso dispositivos electrónicos. La vida moderna es imposible sin ellos. Después de todo, estamos hablando de televisión, radio, computadora, teléfono, multicocina, etc. Anteriormente, hace apenas unos años, nadie pensaba en qué señal se utilizaba en cada dispositivo en funcionamiento. Ahora bien, las palabras “analógico”, “digital”, “discreto” existen desde hace mucho tiempo. Algunos tipos de señales enumeradas son confiables y de alta calidad.

La transmisión digital se empezó a utilizar mucho más tarde que la analógica. Esto se debe al hecho de que dicha señal es mucho más fácil de mantener y la tecnología en ese momento no había mejorado tanto.

Cada persona se encuentra todo el tiempo con el concepto de “discreción”. Si traduces esta palabra del latín, significará "discontinuidad". Profundizando en la ciencia, podemos decir que una señal discreta es un método de transmisión de información, lo que implica un cambio en el tiempo del medio portador. Este último toma cualquier valor de todos los posibles. Ahora la discreción está pasando a un segundo plano, después de que se tomó la decisión de producir sistemas en un chip. Son holísticos y todos los componentes interactúan estrechamente entre sí. En discreción, todo es exactamente al revés: cada detalle se completa y se conecta con otros a través de líneas de comunicación especiales.

Señal

Una señal es un código especial que se transmite al espacio mediante uno o más sistemas. Esta formulación es general.

En el ámbito de la información y las comunicaciones, una señal es un soporte de datos especial que se utiliza para transmitir mensajes. Puede crearse, pero no aceptarse; esta última condición no es necesaria. Si la señal es un mensaje, entonces se considera necesario "captarla".

El código descrito está especificado por una función matemática. Caracteriza todos los posibles cambios en los parámetros. EN teoría de la ingeniería de radio este modelo se considera básico. En él, el ruido se denominaba análogo de la señal. Representa una función del tiempo que interactúa libremente con el código transmitido y lo distorsiona.

El artículo describe los tipos de señales: discretas, analógicas y digitales. También se proporciona brevemente la teoría básica sobre el tema descrito.

Tipos de señales

Hay varias señales disponibles. Veamos qué tipos hay.

1. Según el soporte físico del soporte de datos se dividen las señales eléctricas, ópticas, acústicas y electromagnéticas. Hay varias otras especies, pero son poco conocidas.
2. Según el método de emisión, las señales se dividen en regulares e irregulares. Los primeros son métodos deterministas de transmisión de datos, que están especificados por una función analítica. Los aleatorios se formulan utilizando la teoría de la probabilidad y también toman cualquier valor en diferentes períodos de tiempo.
3. Dependiendo de las funciones que describen todos los parámetros de la señal, los métodos de transmisión de datos pueden ser analógicos, discretos, digitales (un método que está cuantificado en nivel). Se utilizan para alimentar muchos aparatos eléctricos.

Ahora el lector conoce todos los tipos de transmisión de señales. A nadie le resultará difícil entenderlos; lo principal es pensar un poco y recordar el curso de física de la escuela.

¿Por qué se procesa la señal?

La señal se procesa para transmitir y recibir información que está cifrada en ella. Una vez retirado se puede utilizar. diferentes caminos. En algunas situaciones se reformateará.

Hay otra razón para procesar todas las señales. Consiste en una ligera compresión de frecuencias (para no dañar la información). Después de esto, se formatea y se transmite a baja velocidad.

Las señales analógicas y digitales utilizan técnicas especiales. En particular, filtrado, convolución, correlación. Son necesarios para restablecer la señal si está dañada o tiene ruido.

Creación y formación

A menudo, se necesita un convertidor analógico a digital (ADC) para generar señales. En la mayoría de los casos, ambos se utilizan sólo en situaciones en las que se utilizan tecnologías DSP. En otros casos, bastará con utilizar un DAC.

Al crear códigos físicos analógicos con el uso posterior de métodos digitales, se basan en la información recibida, que se transmite desde dispositivos especiales.

Gama dinámica

Se calcula por la diferencia entre los niveles de volumen más altos y más bajos, que se expresan en decibeles. Depende completamente del trabajo y de las características de la actuación. Es como pistas de musica, y sobre diálogos ordinarios entre personas. Si tomamos, por ejemplo, un locutor que lee las noticias, entonces su rango dinámico oscila entre 25 y 30 dB. Y al leer cualquier obra, puede subir hasta los 50 dB.

Señal analoga

Una señal analógica es un método de transmisión de datos continuo en el tiempo. Su desventaja es la presencia de ruido, que en ocasiones provoca una pérdida total de información. Muy a menudo surgen situaciones en las que es imposible determinar dónde se encuentran los datos importantes en el código y dónde se encuentran las distorsiones habituales.

Es por esto que el procesamiento de señales digitales ha ganado gran popularidad y está reemplazando gradualmente al analógico.

Señal digital

Una señal digital es especial; se describe mediante funciones discretas. Su amplitud puede adquirir un valor determinado entre los ya especificados. Si Señal analoga es capaz de recibir una gran cantidad de ruido, luego lo digital filtra la mayor parte de la interferencia recibida.

Además, este tipo de transmisión de datos transfiere información sin carga semántica innecesaria. Se pueden enviar varios códigos a la vez a través de un canal físico.

No existen tipos de señal digital, ya que se destaca como un método de transmisión de datos separado e independiente. Representa una secuencia binaria. Hoy en día, esta señal se considera la más popular. Esto se debe a la facilidad de uso.

Aplicación de señal digital.

¿En qué se diferencia una señal eléctrica digital de otras? El hecho de que sea capaz de realizar una regeneración completa en el repetidor. Cuando una señal con la más mínima interferencia llega a un equipo de comunicación, inmediatamente cambia de forma a digital. Esto permite, por ejemplo, que una torre de televisión vuelva a generar señal, pero sin el efecto de ruido.

Si el código llega con grandes distorsiones, lamentablemente no se podrá restaurar. Si comparamos las comunicaciones analógicas, en una situación similar un repetidor puede extraer parte de los datos, gastando mucha energía.

Que se discute comunicación celular En diferentes formatos, si hay una fuerte distorsión en una línea digital, es casi imposible hablar, ya que no se pueden escuchar palabras o frases enteras. En este caso, la comunicación analógica es más eficaz porque se puede seguir dialogando.

Precisamente debido a estos problemas, los repetidores muy a menudo forman una señal digital para reducir la brecha en la línea de comunicación.

señal discreta

Ahora todos usan teléfono móvil o algún tipo de “marcador” en su computadora. Una de las tareas de los dispositivos o software- se trata de la transmisión de una señal, en este caso un flujo de voz. Para transportar una onda continua se necesita un canal que tenga la capacidad nivel superior. Por eso se tomó la decisión de utilizar una señal discreta. No crea la ola en sí, sino su vista digital. ¿Por qué? Porque la transmisión proviene de la tecnología (por ejemplo, un teléfono o una computadora). ¿Cuáles son las ventajas de este tipo de transferencia de información? Con su ayuda, se reduce la cantidad total de datos transmitidos y el envío por lotes también es más fácil de organizar.

El concepto de "muestreo" se utiliza desde hace mucho tiempo en el trabajo. tecnologia computacional. Gracias a esta señal se transmite información no continua, que queda completamente codificada caracteres especiales y cartas, y datos recopilados en bloques especiales. Son partículas separadas y completas. Este método de codificación ha quedado relegado a un segundo plano durante mucho tiempo, pero no ha desaparecido por completo. Se puede utilizar para transmitir fácilmente pequeños fragmentos de información.

Comparación de señales digitales y analógicas.

A la hora de comprar equipos, casi nadie piensa en qué tipos de señales se utilizan en tal o cual dispositivo, y más aún en su entorno y naturaleza. Pero a veces todavía hay que entender los conceptos.

Hace tiempo que está claro que las tecnologías analógicas están perdiendo demanda porque su uso es irracional. a cambio viene comunicación digital. Necesitamos entender de qué estamos hablando y qué es lo que la humanidad rechaza.

En resumen, una señal analógica es un método de transmisión de información que implica describir datos en funciones continuas del tiempo. De hecho, hablando específicamente, la amplitud de las oscilaciones puede ser igual a cualquier valor dentro de ciertos límites.

El procesamiento de señales digitales se describe mediante funciones de tiempo discreto. En otras palabras, la amplitud de las oscilaciones de este método es igual a valores estrictamente especificados.

Pasando de la teoría a la práctica, hay que decir que la señal analógica se caracteriza por tener interferencias. No existen tales problemas con lo digital, porque los “suaviza” con éxito. Gracias a las nuevas tecnologías, este método de transferencia de datos es capaz de restaurar por sí solo toda la información original sin la intervención de un científico.

Hablando de televisión, ya podemos decir con seguridad: la transmisión analógica ha dejado de ser útil hace mucho tiempo. La mayoría de los consumidores están cambiando a una señal digital. La desventaja de este último es que si algún dispositivo es capaz de recibir transmisión analógica, entonces más manera moderna- sólo equipo especial. Aunque la demanda de este método obsoleto ha disminuido desde hace tiempo, este tipo de señales todavía no pueden desaparecer por completo de la vida cotidiana.

La finalidad de los dispositivos radioelectrónicos, como se sabe, es recibir, transformar, transmitir y almacenar información presentada en forma señales electricas. Señales válidas en dispositivos electrónicos, y en consecuencia los propios dispositivos se dividen en dos grandes grupos: analógicos y digitales.

Señal analoga- una señal que es continua en nivel y en el tiempo, es decir, dicha señal existe en cualquier momento y puede tomar cualquier nivel dentro de un rango determinado.

Señal cuantificada- una señal que sólo puede adoptar determinados valores cuantificados correspondientes a niveles de cuantificación. La distancia entre dos niveles adyacentes es el paso de cuantización.

Señal muestreada- una señal cuyos valores se especifican sólo en momentos de tiempo, llamados momentos de muestreo. La distancia entre instantes de muestreo adyacentes es el paso de muestreo. Para una constante, se aplica el teorema de Kotelnikov: , ¿dónde está el valor superior? frecuencia de corte espectro de señal.

Señal digital- una señal cuantificada en nivel y discretizada en el tiempo. Los valores cuantificados de una señal digital generalmente se codifican con algún código, y cada muestra seleccionada durante el proceso de muestreo se reemplaza por la palabra de código correspondiente, cuyos símbolos tienen dos significados: 0 y 1 (Fig. 2.1).

Los representantes típicos de los dispositivos electrónicos analógicos son los dispositivos de comunicaciones, radiodifusión y televisión. Requerimientos generales Requisitos para dispositivos analógicos: distorsión mínima. El deseo de cumplir con estos requisitos conduce a una mayor complejidad. diagramas electricos y diseños de dispositivos. Otro problema de la electrónica analógica es lograr la necesaria inmunidad al ruido, ya que el ruido en un canal de comunicación analógico es fundamentalmente irreducible.

Se generan señales digitales. circuitos electrónicos, cuyos transistores están cerrados (la corriente es cercana a cero) o completamente abiertos (el voltaje es cercano a cero), por lo que se disipa poca energía y la confiabilidad de los dispositivos digitales es mayor que la de los analógicos.

Los dispositivos digitales son más resistentes al ruido que los analógicos, ya que pequeñas perturbaciones extrañas no provocan un funcionamiento erróneo de los dispositivos. Los errores aparecen sólo en caso de perturbaciones tales que un nivel de señal bajo se perciba como alto, o viceversa. También se puede utilizar en dispositivos digitales. códigos especiales, permitiéndole corregir errores. Los dispositivos analógicos no tienen esta opción.

Los dispositivos digitales son insensibles a la dispersión (dentro de límites aceptables) de los parámetros y características de los transistores y otros elementos del circuito. Los dispositivos digitales libres de errores no requieren configuración y son totalmente repetibles. Todo esto es muy importante en la producción en masa de dispositivos que utilizan tecnología integrada. La rentabilidad de la producción y el funcionamiento de los circuitos integrados digitales ha llevado al hecho de que en los dispositivos radioelectrónicos modernos no sólo las señales digitales, sino también las analógicas están sujetas a procesamiento digital. Los filtros, reguladores, multiplicadores, etc. digitales son comunes. Antes del procesamiento digital, las señales analógicas se convierten a digitales mediante convertidores de analógico a digital (ADC). La conversión inversa (restauración de señales analógicas a partir de digitales) se realiza mediante convertidores de digital a analógico (DAC).

Con toda la variedad de problemas que resuelven los dispositivos electrónicos digitales, su funcionamiento se da en sistemas numéricos que operan con solo dos dígitos: cero (0) y uno (1).

El funcionamiento de los dispositivos digitales suele ser registrado un generador de reloj de frecuencia suficientemente alta. Durante un ciclo de reloj, se implementa la microoperación más simple: lectura, cambio, comando lógico, etc. La información se presenta en forma de palabra digital. Se utilizan dos métodos para transmitir palabras: paralelo y en serie. La codificación en serie se utiliza al intercambiar información entre dispositivos digitales (por ejemplo, en Red de computadoras, conexión de módem). El procesamiento de información en dispositivos digitales se implementa mediante codificación de información paralela, lo que garantiza el máximo rendimiento.

La base elemental para construir dispositivos digitales consta de circuitos integrados (CI), cada uno de los cuales se implementa utilizando una cierta cantidad de elementos lógicos: los dispositivos digitales más simples que realizan operaciones lógicas elementales.

Clasifiquemos las señales. Las señales se dividen en:

determinista;

aleatorio.

Las señales deterministas son señales que se definen con precisión en cualquier momento. Por el contrario, algunos parámetros de señales aleatorias no se pueden predecir de antemano.

Estrictamente hablando, dado que la emisión de un mensaje particular por parte de una fuente de mensaje (por ejemplo, un sensor) es aleatoria, es imposible predecir con precisión los cambios en los valores de los parámetros de la señal. En consecuencia, la señal es fundamentalmente aleatoria. Las señales deterministas tienen un valor independiente muy limitado sólo para fines de configuración y ajuste de la tecnología informática y de la información, desempeñando el papel de estándares.

Según la estructura de los parámetros, las señales se dividen en:

discreto;

continuo;

discreto-continuo.

Una señal se considera discreta para un parámetro determinado si el número de valores que puede tomar este parámetro es finito (contable). En caso contrario, la señal se considera continua según este parámetro. Una señal que es discreta en un parámetro y continua en otro se llama discreta-continua.

De acuerdo con esto, se distinguen los siguientes tipos de señales (Fig. 1.4.):

a) Continuo en nivel y tiempo (analógico): son señales a la salida de micrófonos, sensores de temperatura, sensores de presión, etc.

b) Continua en nivel, pero discreta en el tiempo. Estas señales se obtienen mediante muestreo temporal de señales analógicas.

Arroz. 1.4. Tipos de señales.

Por muestreo nos referimos a convertir una función de tiempo continua (en particular una señal continua) en una función de tiempo discreta que representa una secuencia de cantidades llamadas coordenadas, muestras o muestras (valor de muestra).

El método más utilizado es el método de discretización, en el que el papel de las coordenadas lo desempeñan los valores instantáneos de una función continua (señal), tomados en determinados momentos S(t i), donde i=1,…,n. Los intervalos de tiempo entre estos momentos se denominan intervalos muestrales. Este tipo de muestreo a menudo se denomina modulación de amplitud de pulso (PAM).

c) Discreto en nivel, continuo en el tiempo. Estas señales se obtienen a partir de señales continuas como resultado de la cuantificación de nivel.

Por cuantificación de nivel (o simplemente cuantificación) nos referimos a la transformación de alguna cantidad con una escala de valores continua (por ejemplo, la amplitud de una señal) en una cantidad con una escala de valores discreta.

Esta escala continua de valores se divide en intervalos de 2m+1 llamados pasos de cuantificación. Del conjunto de valores instantáneos que pertenecen al j-ésimo paso de cuantificación, sólo se permite un valor S j que se denomina j-ésimo nivel de cuantificación. La cuantificación se reduce a reemplazar cualquier valor instantáneo de una señal continua con uno de un conjunto finito de niveles de cuantificación (generalmente el más cercano):

S j , donde j=-m,-m+1,…,-1,0,1,…,m.

El conjunto de valores de S j forma una escala discreta de niveles de cuantificación. Si esta escala es uniforme, es decir la diferencia ΔS j = S j - S j-1 es constante, la cuantificación se llama uniforme. De lo contrario, quedará desigual. Debido a la simplicidad de la implementación técnica, la cuantificación uniforme se ha convertido en la más utilizada.

d) Discretos en nivel y tiempo. Estas señales se obtienen muestreando y cuantificando simultáneamente. Estas señales se pueden representar fácilmente en forma digital (muestra digital), es decir. en forma de números con un número finito de dígitos, reemplazando cada pulso con un número que indica el número del nivel de cuantificación que alcanzó el pulso en un momento particular en el tiempo. Por este motivo, estas señales suelen denominarse digitales.

El impulso para presentar señales continuas en forma discreta (digital) fue la necesidad de clasificar las señales de voz durante la Segunda Guerra Mundial. Un incentivo aún mayor para la conversión digital de señales continuas fue la creación de computadoras, que se utilizan como fuente o receptor de señales en muchos sistemas de transmisión de información.

Pongamos ejemplos de conversión digital de señales continuas. Por ejemplo, en los sistemas telefónicos digitales (estándar G.711), la señal analógica se reemplaza por una secuencia de muestras con una frecuencia de 2F = 8000 Hz, T d = 125 μs (dado que el rango de frecuencia de la señal telefónica es 300. -3400 Hz, y la frecuencia de muestreo según el teorema de Nyquist-Kotelnikov debe ser al menos el doble de la frecuencia máxima de la señal convertida F). A continuación, cada pulso se reemplaza en un convertidor analógico a digital de 8 bits (ADC-Analog-to-Digital Converter) con un código binario que tiene en cuenta el signo y la amplitud de la muestra (256 niveles de cuantificación). Este proceso de cuantificación se llama modulación de código de pulso (PCM o Pulse Code Modulation). Utiliza una ley de cuantificación no lineal llamada "A=87,6", que tiene mejor en cuenta la naturaleza de la percepción humana de las señales de voz. La velocidad de transmisión de un mensaje telefónico resulta ser 8×8000=64 Kbps. El sistema de mensajería telefónica de 30 canales (sistema del primer nivel de jerarquía del estándar CCITT - PDH-E1) con división temporal de canales ya funciona a una velocidad de 2048 Kbit/s.

Al grabar música digitalmente en un CD (Disco compacto), que contiene un máximo de 74 minutos de sonido estéreo, se utiliza una frecuencia de muestreo de 2F≈44,1 kHz (ya que el límite de audibilidad del oído humano es 20 kHz más un margen del 10%). ) y cuantificación lineal de 16 bits de cada muestra (65536 niveles señal de sonido, para hablar son suficientes 7-8 dígitos).

El uso de señales discretas (digitales) reduce drásticamente la probabilidad de recibir información distorsionada porque:

en este caso, se aplican métodos de codificación efectivos que proporcionan detección y corrección de errores (ver tema 6);

se puede evitar el efecto de acumulación de distorsión inherente a una señal continua durante la transmisión y el procesamiento, ya que la señal cuantificada puede restaurarse fácilmente a su nivel original siempre que la cantidad de distorsión acumulada se acerque a la mitad del paso de cuantificación.

Además, en este caso, el procesamiento y almacenamiento de información se puede realizar mediante tecnología informática.

Señales analógicas, discretas y digitales.

Una de las tendencias de desarrollo. sistemas modernos comunicaciones es el uso generalizado del procesamiento de señales digitales y analógicas discretas (DAO y DSP).

La señal analógica Z’(t), utilizada originalmente en ingeniería de radio, se puede representar como una gráfica continua (figura 2.10a). Las señales analógicas incluyen señales AM, FM, FM, señales de sensores de telemetría, etc. Los dispositivos en los que se procesan señales analógicas se denominan dispositivos de procesamiento analógico. Dichos dispositivos incluyen convertidores de frecuencia, varios amplificadores, filtros LC, etc.

La recepción óptima de señales analógicas, por regla general, implica un algoritmo de filtrado lineal óptimo, que es especialmente relevante cuando se utilizan señales complejas similares a ruido. Sin embargo, es en este caso donde la construcción de un filtro adaptado resulta más difícil. Cuando se utilizan filtros adaptados basados ​​​​en líneas de retardo de tomas múltiples (magnetoestrictivos, de cuarzo, etc.), se obtienen una gran atenuación, dimensiones e inestabilidad del retardo. Los filtros basados ​​en ondas acústicas superficiales (SAW) son prometedores, pero la corta duración de las señales procesadas en ellos y la complejidad de ajustar los parámetros del filtro limitan su ámbito de aplicación.

En los años 40, los RES analógicos fueron reemplazados por dispositivos para el procesamiento discreto de procesos de entrada analógicos. Estos dispositivos proporcionan procesamiento analógico discreto (DAO) de señales y tienen grandes capacidades. Aquí se utiliza una señal que es discreta en el tiempo y continua en estado. Tal señal Z’(kT) es una secuencia de pulsos con amplitudes iguales a los valores de la señal analógica Z’(t) en tiempos discretos t=kT, donde k=0,1,2,… son números enteros. La transición de una señal continua Z'(t) a una secuencia de pulsos Z'(kT) se denomina muestreo temporal.

Figura 2.10 Señales analógicas, discretas y digitales

Figura 2.11 Muestreo de señal analógica

La señal analógica se puede muestrear en el tiempo mediante la cascada de coincidencia "Y" (Fig. 2.11), en cuya entrada opera la señal analógica Z'(t). La cascada de coincidencia está controlada por la tensión de reloj UT(t): impulsos cortos de duración ti, que se suceden a intervalos T>>ti.

El intervalo de muestreo T se selecciona de acuerdo con el teorema de Kotelnikov T=1/2Fmax, donde Fmax es la frecuencia máxima en el espectro de la señal analógica. La frecuencia fd = 1/T se denomina frecuencia de muestreo, y el conjunto de valores de señal en 0, T, 2T,... se denomina señal con modulación de amplitud de pulso (PAM).

Hasta finales de los años 50, las señales AIM se utilizaban únicamente para convertir señales de voz. Para la transmisión a través de un canal de comunicación por radioenlace, la señal AIM se convierte en una señal con modulación de fase de pulso (PPM). En este caso, la amplitud de los pulsos es constante y la información sobre el mensaje de voz está contenida en la desviación (fase) Dt del pulso con respecto a alguna posición promedio. Usando pulsos cortos de una señal y colocando pulsos de otras señales entre ellos, se obtiene una comunicación multicanal (pero no más de 60 canales).

Actualmente, DAO se está desarrollando intensamente basándose en el uso de “cadenas cortafuegos” (FC) y dispositivos de carga acoplada (CCD).

A principios de los años 70, comenzaron a aparecer en las redes de comunicación de varios países y de la URSS sistemas con modulación de código de impulsos (PCM), que utilizaban señales en formato digital.

El proceso PCM es una conversión de una señal analógica en números y consta de tres operaciones: muestreo de tiempo en intervalos T (Fig. 2.10, b), cuantificación de nivel (Fig. 2.10, c) y codificación (Fig. 2.10, d). La operación de muestreo de tiempo se analiza anteriormente. La operación de cuantificación de nivel consiste en el hecho de que una secuencia de pulsos, cuyas amplitudes corresponden a los valores de la señal analógica 3 en momentos discretos en el tiempo, se reemplaza por una secuencia de pulsos cuyas amplitudes solo pueden tomar un número limitado. de valores fijos. Esta operación conduce a un error de cuantificación (figura 2.10d).

La señal ZKV’(kT) es señal discreta tanto por tiempo como por estado. Los posibles valores u0, u1,…,uN-1 de la señal Z'(kT) en el lado receptor son conocidos, por lo tanto no transmiten los valores uk que recibió la señal en el intervalo T, sino solo su nivel número k. En el lado receptor, según el número k recibido, se restablece el valor uk. En este caso, las secuencias de números en sistema binario notación – palabras clave.

El proceso de codificación consiste en convertir la señal cuantificada Z’(kT) en una secuencia de palabras clave (x(kT)). En la Fig. La figura 2.10d muestra palabras de código en forma de una secuencia de combinaciones de códigos binarios que utilizan tres bits.

Las operaciones PCM consideradas se utilizan en RPU con DSP, mientras que PCM es necesario no solo para señales analógicas, sino también digitales.

Mostremos la necesidad de PCM al recibir señales digitales a través de un canal de radio. Por lo tanto, cuando se transmite en el rango de decámetros el elemento xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxa de la señal digital xi(kT) (i=0,1), que refleja el enésimo elemento de código, la señal esperada en la entrada de la RPU junto con el ruido aditivo ξ(t) puede representarse en la forma:

z / i (t)= µx(kT) + ξ(t), (2.2)

en (0 ≤ t ≥ TE),

donde μ es el coeficiente de transmisión del canal, TE es el tiempo de duración del elemento de señal. De (2.2) queda claro que el ruido en la entrada de la RPU forma un conjunto de señales que representan una oscilación analógica.

Ejemplos de circuitos digitales son puertas lógicas, registros, flip-flops, contadores, dispositivos de almacenamiento, etc. Según la cantidad de nodos en IC y LSI, las RPU con DSP se dividen en dos grupos:

1. Unidades de control de radio analógico a digital, que tienen componentes individuales implementados en un IC: sintetizador de frecuencia, filtros, demodulador, AGC, etc.

2. Receptores de radio digitales (DRD), en los que la señal se procesa tras un convertidor analógico a digital (ADC).

En la Fig. La Figura 2.12 muestra los elementos de la unidad de procesamiento de datos digitales principal (canal de información) de la gama decámetros: parte analógica de la ruta de recepción (ADP), ADC (que consta de un muestreador, cuantificador y codificador), parte digital de la ruta de recepción ( DCPT), convertidor digital a analógico (DAC) y filtro de frecuencias de gama baja (filtro de paso bajo). Las líneas dobles indican la transmisión de señales digitales (códigos) y las líneas simples indican la transmisión de señales analógicas y AIM.

Figura 2.12 Elementos del CRPU principal (canal de información) del rango de decámetros

El AFC produce selectividad de frecuencia preliminar, amplificación significativa y conversión de frecuencia de la señal Z'(T). El ADC convierte la señal analógica Z’(T) en una señal digital x(kT) (figura 2.10,e).

En el CCPT, por regla general, la conversión de frecuencia adicional, la selectividad (en un filtro digital, la selectividad principal) y la demodulación digital de analógico y mensajes discretos(telegrafía de frecuencia, fase relativa y amplitud). En la salida del CCPT obtenemos una señal digital y(kT) (Fig. 2.10, e). Esta señal, procesada según un algoritmo determinado, desde la salida del convertidor de frecuencia central va al DAC o al dispositivo de almacenamiento de la computadora (al recibir datos).

En un DAC y un filtro de paso bajo conectados en serie, la señal digital y(kT) se convierte primero en una señal y(t), continua en el tiempo y de estado discreto, y luego en yФ(t), que es continua en tiempo y estado (Fig. 2.10g, h).

De los muchos métodos de procesamiento de señales digitales en el centro de procesamiento de señales digitales, los más importantes son el filtrado y la demodulación digitales. Consideremos los algoritmos y la estructura de un filtro digital (DF) y un demodulador digital (CD).

filtro digital es un sistema discreto ( dispositivo físico o programa de ordenador). En él, la secuencia de muestras numéricas (x(kT)) de la señal de entrada se convierte en una secuencia (y(kT)) de la señal de salida.

Los principales algoritmos de DF son: ecuación en diferencias lineales, ecuación de convolución discreta, función de transferencia de operador en el plano z y respuesta en frecuencia.

Las ecuaciones que describen secuencias de números (pulsos) en la entrada y salida de un filtro digital (sistema discreto con retardo) se denominan ecuaciones en diferencias lineales.

La ecuación en diferencias lineales de la función digital recursiva tiene la forma:

, (2.3)

donde x[(k-m)T] e y[(k-n)T] son ​​los valores de las secuencias de entrada y salida de muestras numéricas en los tiempos (k-m)T y (k-n)T, respectivamente; m y n: el número de muestras numéricas de entrada y salida anteriores sumadas con retraso, respectivamente;

a0, a1,…, am y b1, b2,…, bn son coeficientes de ponderación reales.

En (3), el primer término es una ecuación en diferencias lineal de una función digital no recursiva. La ecuación de convolución discreta de la función digital se obtiene a partir de la función digital no recursiva de diferencia lineal reemplazando al en ella con h(lT):

, (2.4)

donde h(lT) es la respuesta al impulso del filtro digital, que es la respuesta a un solo pulso.

La función de transferencia del operador es la relación de las funciones transformadas de Laplace en la salida y entrada del filtro digital:

, (2.5)

Esta función se obtiene directamente de las ecuaciones en diferencias utilizando la transformada discreta de Laplace y el teorema de desplazamiento.

Por transformada discreta de Laplace, por ejemplo, una secuencia (x(kT)), nos referimos a obtener una imagen L de la forma

, (2.6)

donde p=s+jw es el operador complejo de Laplace.

El teorema de desplazamiento (desplazamiento) en relación con funciones discretas se puede formular: el desplazamiento de la variable independiente del original en el tiempo en ±mT corresponde a la multiplicación de la imagen L por . Por ejemplo,

Teniendo en cuenta las propiedades de linealidad de la transformada discreta de Laplace y el teorema de desplazamiento, la secuencia de números de salida de la función digital no recursiva tomará la forma

, (2.8)

Luego, la función de transferencia de operador del filtro digital no recursivo:

, (2.9)

Figura 2.13

De manera similar, teniendo en cuenta la fórmula (2.3), obtenemos la función de transferencia de operador del filtro digital recursivo:

, (2.10)

Las fórmulas de las funciones de transferencia de operadores tienen una forma compleja. Por lo tanto, surgen grandes dificultades al estudiar campos y polos (las raíces de la Fig. 2.13 del polinomio numerador y las raíces del polinomio denominador), que en el plano p tienen una estructura periódica en frecuencia.

El análisis y síntesis de funciones digitales se simplifica aplicando la transformación z, al pasar a una nueva variable compleja z asociada con p por la relación z=epT o z-1=e-рT. Aquí el plano complejo p=s+jw se asigna a otro plano complejo z=x+jy. Para ello es necesario que es+jw=x+jy. En la Fig. La figura 2.13 muestra los planos complejos p y z.

Al reemplazar las variables e-pT=z-1 en (2.9) y (2.10), obtenemos funciones de transferencia en el plano z, respectivamente, para filtros digitales recursivos y no recursivos:

, (2.11)

, (2.12)

La función de transferencia de un filtro digital no recursivo sólo tiene ceros, por lo que es absolutamente estable. Un filtro digital recursivo será estable si sus polos están ubicados dentro del círculo unitario del plano z.

La función de transferencia del filtro digital en forma de polinomio en potencias negativas de la variable z permite elaborar directamente un diagrama de bloques del filtro digital utilizando la forma de la función HC(z). La variable z-1 se llama operador de retardo unitario y en los diagramas de bloques es el elemento de retardo. Por lo tanto, las potencias más altas del numerador y denominador de la función de transferencia HC(z)rec determinan el número de elementos de retardo, respectivamente, en las partes no recursiva y recursiva del filtro digital.

La respuesta en frecuencia del filtro digital se obtiene directamente de su función de transferencia en el plano z reemplazando z por ejl (o z-1 por e-jl) y realizando las transformaciones necesarias. Por tanto, la respuesta en frecuencia se puede escribir como:

, (2.13)

donde CC(l) es la respuesta amplitud-frecuencia (AFC) y φ(l) son las características de fase-frecuencia del filtro digital; l=2 f’ - frecuencia digital; f ’=f/fÄ – frecuencia relativa; f – frecuencia cíclica.

Característica de CC(jl) CC es una función periódica frecuencia digital l con período 2 (o unidad en frecuencias relativas). De hecho, ejl±jn2 = ejl ±jn2 = ejl, porque según la fórmula de Euler ejn2 =cosn2 +jsinn2 = 1.

Figura 2.14 Diagrama de bloques de un circuito oscilatorio

En ingeniería de radio, durante el procesamiento de señales analógicas, el filtro de frecuencia más simple es un circuito oscilatorio LC. Demostremos que en el procesamiento digital el filtro de frecuencia más simple es un enlace recursivo de segundo orden, cuya función de transferencia en cuyo plano z

, (2.14)

A esquema estructural tiene la forma que se muestra en la Fig. 2.14. Aquí el operador Z-1 es un elemento de retardo discreto para un ciclo de reloj del filtro digital, las líneas con flechas indican la multiplicación por a0, b2 y b1, "bloque +" denota el sumador.

Para simplificar el análisis, en la expresión (2.14) tomamos a0=1, representándolo en potencias positivas de z, obtenemos

, (2.15)

La función de transferencia de un resonador digital, como un circuito LC oscilatorio, depende únicamente de los parámetros del circuito. Rol L, C, R cumplir los coeficientes b1 y b2.

De (2.15) queda claro que la función de transferencia del enlace recursivo de segundo orden tiene un cero de segunda multiplicidad en el plano z (en los puntos z=0) y dos polos

Y

La ecuacion respuesta frecuente obtenemos el enlace recursivo de segundo orden de (2.14), reemplazando z-1 con e-jl (con a0=1):

, (2.16)

La respuesta amplitud-frecuencia es igual al módulo (2.16):

Después de realizar transformaciones básicas. La respuesta en frecuencia del enlace recursivo de segundo orden tomará la forma:

Figura 2.15 Gráfico de un enlace recursivo de segundo orden

En la Fig. 2.15 muestra gráficas de acuerdo con (2.18) para b1=0. De los gráficos se desprende claramente que el vínculo recursivo de segundo orden es un sistema electoral de banda estrecha, es decir, resonador digital. Aquí se muestra solo la sección de trabajo del rango de frecuencia del resonador f ’<0,5. Далее характери-стики повторяются с интервалом fД

Las investigaciones muestran que la frecuencia de resonancia f0’ tomará los siguientes valores:

f0’=fÄ/4 en b1=0;

f0' 0;

f0’>fÄ/4 en b1<0.

Los valores de b1 y b2 cambian tanto la frecuencia de resonancia como el factor de calidad del resonador. Si se elige b1 de la condición

, donde , entonces b1 y b2 solo afectarán el factor de calidad (f0’=const). La sintonización de la frecuencia del resonador se puede lograr cambiando fD.

Demodulador digital

Un demodulador digital en la teoría general de las comunicaciones se considera un dispositivo informático que procesa una mezcla de señal y ruido.

Definamos algoritmos de CD para procesar señales analógicas AM y FM con una alta relación señal-ruido. Para hacer esto, presentemos la envolvente compleja Z / (t) de una mezcla analógica de banda estrecha de señal y ruido Z’(t) en la salida del AFC en forma exponencial y algebraica:

Y

, (2.20)

es la envolvente y fase total de la mezcla, y ZC(t) y ZS(t) son los componentes en cuadratura.

De (2.20) queda claro que la envolvente de la señal Z(t) contiene información completa sobre la ley de modulación. Por lo tanto, el algoritmo digital para procesar una señal AM analógica en un CD utilizando los componentes de cuadratura XC(kT) y XS(kT) de la señal digital x(kT) tiene la forma:

Se sabe que la frecuencia de una señal es la primera derivada de su fase, es decir

, (2.22)

Luego de (2.20) y (2.22) se sigue:

, (2.23)

Figura 2.16 Diagrama de bloques del CCPT

Usando las componentes de cuadratura XC(kT) b XS(kT) de la señal digital x(kT) en (2.23) y reemplazando las derivadas con primeras diferencias, obtenemos un algoritmo digital para procesar una señal FM analógica en un disco digital:

En la Fig. La Figura 2.16 muestra una variante del diagrama de bloques del CCPT al recibir señales analógicas AM y FM, el cual consta de un convertidor de cuadratura (QC) y un CD.

En el CP, las componentes en cuadratura de una señal digital compleja se forman multiplicando la señal x(kT) por dos secuencias (cos(2πf 1 kT)) y (sin(2πf 1 kT)), donde f1 es la frecuencia central de la Visualización de la frecuencia más baja del espectro de la señal z'(t). En la salida de los multiplicadores, los filtros digitales de paso bajo (DLPF) suprimen los armónicos con una frecuencia de 2f1 y resaltan muestras digitales de componentes en cuadratura. Aquí, los DFLP se utilizan como filtro digital de selectividad primaria. El diagrama de bloques del CD corresponde a los algoritmos (2.21) y (2.24).

Los algoritmos de procesamiento de señales digitales considerados se pueden implementar en hardware (utilizando computadoras especializadas en circuitos integrados digitales, dispositivos con conexiones de carga o dispositivos en ondas acústicas superficiales) y en forma de programas de computadora.

Al implementar un algoritmo de procesamiento de señales en el software, la computadora realiza operaciones aritméticas con los coeficientes al, bl y las variables x(kT), y(kT) almacenadas en él.

Anteriormente, las desventajas de los métodos computacionales eran: velocidad limitada, presencia de errores específicos, necesidad de una nueva selección, alta complejidad y costo. Actualmente, estas limitaciones se están superando con éxito.

Las ventajas de los dispositivos de procesamiento de señales digitales sobre los analógicos son los algoritmos avanzados asociados con el entrenamiento y adaptación de señales, la facilidad de control de las características, la alta estabilidad de los parámetros en el tiempo y la temperatura, la alta precisión y la capacidad de procesar varias señales de forma simultánea e independiente.

Señales simples y complejas. base de señal

Las características (parámetros) de los sistemas de comunicación mejoraron a medida que se dominaron los tipos de señales y sus métodos de recepción y procesamiento (separación). Cada vez surgió la necesidad de una distribución competente de recursos de frecuencia limitados entre las estaciones de radio operativas. Paralelamente se abordó la cuestión de la reducción del ancho de banda de emisión de señales. Sin embargo, surgieron problemas a la hora de recibir señales que no se podían solucionar simplemente distribuyendo el recurso de frecuencia. Sólo el uso de un método estadístico de procesamiento de señales, el análisis de correlación, permitió resolver estos problemas.

Las señales simples tienen una base de señal.

BS=TS*∆FS≈1, (2.25)

donde TS es la duración de la señal; ∆FS – ancho del espectro de una señal simple.

Los sistemas de comunicación que funcionan con señales simples se denominan de banda estrecha. Para señales complejas (compuestas, similares a ruido), se produce una modulación (manipulación) adicional en frecuencia o fase durante la duración de la señal TS. Por lo tanto, aquí se aplica la siguiente relación para la base de una señal compleja:

BSS=TS*∆FSS>>1, (2.26)

donde ∆FSS es el ancho del espectro de la señal compleja.

A veces se dice que para señales simples ∆FS = 1/TS es el espectro del mensaje. Para señales complejas, el espectro de la señal se expande en tiempos ∆FSS / ∆FS. Esto da como resultado una redundancia en el espectro de la señal, lo que determina las propiedades útiles de las señales complejas. Si en un sistema de comunicación con señales complejas se aumenta la velocidad de transmisión de información para obtener la duración de la señal compleja TS = 1/ ∆FSS, entonces se forma nuevamente una señal simple y un sistema de comunicación de banda estrecha. Las propiedades útiles del sistema de comunicación desaparecen.

Métodos para ampliar el espectro de la señal.

Las señales discretas y digitales analizadas anteriormente son señales de división de tiempo.

Conozcamos las señales digitales de banda ancha y los métodos de acceso múltiple con división de código (en forma) de canales.

Las señales de banda ancha se utilizaron inicialmente en comunicaciones militares y por satélite debido a sus propiedades útiles. Aquí se aprovechó su alta inmunidad a las interferencias y el secreto. Un sistema de comunicación con señales de banda ancha puede funcionar cuando la interceptación energética de la señal es imposible, y las escuchas sin una muestra de señal y sin equipo especial son imposibles incluso cuando se recibe la señal.

Shannon propuso utilizar segmentos de ruido térmico blanco como portador de información y método de transmisión de banda ancha. Introdujo el concepto banda ancha canal de comunicación. Mostró la conexión entre la posibilidad de transmisión de información sin errores con una relación determinada y la banda de frecuencia ocupada por la señal.

Costas propuso el primer sistema de comunicación con señales complejas de segmentos de ruido térmico blanco. En la Unión Soviética, L. E. Varakin propuso el uso de señales de banda ancha cuando se implementa el método de acceso múltiple por división de código.

Para representar temporalmente cualquier variante de una señal compleja, puedes escribir la siguiente relación:

donde UI (t) y (t) son la envolvente y las fases iniciales, que están cambiando lentamente

Funciones comparadas con cosω 0 t; - Frecuencia de carga.

En representación de frecuencia señal, su forma espectral generalizada tiene la forma

, (2.28)

¿Dónde están las funciones de coordenadas? - coeficientes de expansión.

Las funciones de coordenadas deben satisfacer la condición de ortogonalidad.

, (2.29)

y los coeficientes de expansión

(2.30)

Para señales complejas paralelas, se utilizaron por primera vez las funciones de coordenadas. funciones trigonométricas múltiples frecuencias

, (2.31)

cuando todos i-ésima opción la señal compleja tiene la forma

z yo (t) = t . (2.32)

Luego, habiendo aceptado

aki = y = - arktg(β ki / ki), (2.33)

Ki , βki – coeficientes de expansión en la serie trigonométrica de Fourier de la i-ésima señal;

yo = 1,2,3,…,m ; m es la base del código, obtenemos

z yo (t) = t . (2.34)

Aquí los componentes de la señal ocupan frecuencias desde ki1 /2π = ki1 /TS hasta ki2 /2π = ki2 /TS; ki1 = mín (ki1) y ki2 = máx (ki2); ki1 y ki2 – números de los componentes armónicos más pequeños y más grandes, que afectan significativamente la formación de la i-ésima variante de señal; Ni = ki2 - ki1 + 1 - el número de componentes armónicos de la señal i-ésima compleja.

Banda de frecuencia ocupada por la señal.

∆FSS = (ki2 - ki1 + 1)ω 0 / 2π = (ki2 - ki1 + 1)/ TS . (2.35)

En él se concentra la mayor parte del espectro energético de la señal.

De la relación (35) se deduce que la base de esta señal

BSS = TS ∙ ∆FSS = (ki2 - ki1 + 1) = Ni , (2.36)

igual al número de componentes armónicos de la señal Ni, que están formados por la i-ésima variante de señal

Figura 2.17

b)

Figura 2.18 Diagrama de espectro ensanchado de señal con gráfico de secuencia periódica

Desde 1996-1997, con fines comerciales, Qualcomm comenzó a utilizar un subconjunto (φ k (t)) de funciones de Walsh completas ortogonalizadas en el intervalo para generar señales complejas paralelas basadas en (28). En este caso, se implementa el método de acceso múltiple por división de código: el estándar CDMA (Acceso múltiple por división de código)

Figura 2.19 Circuito receptor de correlación

Propiedades útiles de las señales de banda ancha (compuestas)

Figura 2.20

Cuando se comunica con estaciones móviles (MS), se produce la propagación de señales por trayectos múltiples (multitrayectos). Por lo tanto, es posible que se produzcan interferencias en la señal, lo que conduce a la aparición de profundas caídas (desvanecimiento de la señal) en la distribución espacial del campo electromagnético. Entonces, en condiciones urbanas, en el punto de recepción solo pueden reflejarse señales de edificios de gran altura, colinas, etc., si no hay visibilidad directa. Por lo tanto, se suman en antifase dos señales con una frecuencia de 937,5 MHz (l = 32 cm), que llegan con un desplazamiento de tiempo de 0,5 ns con una diferencia de camino de 16 cm.

El nivel de señal en la entrada del receptor también cambia según los vehículos que pasan por la estación.

Los sistemas de comunicación de banda estrecha no pueden funcionar en condiciones de trayectos múltiples. Entonces, si en la entrada de dicho sistema hay tres haces de la señal de una parcela Si(t) – Si1(t), Si2(t), Si3(t), que se superponen en el tiempo debido a la diferencia en el longitud de la ruta de transmisión, luego separarlos en la salida del filtro de paso de banda (Yi1(t), Yi2(t), Yi3(t)) no es posible.

Los sistemas de comunicación con señales complejas hacen frente a la naturaleza multitrayectoria de la propagación de ondas de radio. Por lo tanto, al elegir la banda ∆FSS de manera que la duración del pulso plegado en la salida del detector de correlación o filtro adaptado sea menor que el tiempo de retardo de los haces vecinos, se puede recibir un haz o, proporcionando retrasos de pulso apropiados (Gi( t)), añaden su energía, lo que aumentará la relación señal/ruido. El sistema de comunicaciones American Rake, como un rastrillo, recogió los rayos recibidos reflejados por la Luna y los resumió.

El principio de acumulación de señales puede mejorar significativamente la inmunidad al ruido y otras propiedades de la señal. La idea de acumulación de señales viene dada por la simple repetición de señales.

El primer elemento para ello fue un sistema selectivo de frecuencia (filtro).

Análisis de correlación le permite determinar la relación estadística (dependencia) entre la señal recibida y la señal de referencia ubicada en el lado receptor. El concepto de función de correlación fue introducido por Taylor en 1920. La función de correlación es una media estadística de segundo orden en el tiempo, una media espectral o una media probabilística.

Si las funciones de tiempo (secuencias continuas) x(t) e y(t) tienen medias aritméticas

Con división temporal de canales;

Con código de división de canales.

La función periódica tiene la forma:

f(t) = f(t+kT), (2.40)

donde T-período, k-cualquier número entero (k=, 2,…). La periodicidad existe a lo largo de todo el eje del tiempo (-< t <+ ). При этом на любом отрезке времени равном T будет полное описа­ние сигнала.

La Figura 2.10, a, b, c muestra una señal armónica periódica u1(t) y su espectro de amplitudes y fases.

La Figura 2.11, a, b, c muestra gráficos de la señal periódica u2(t), una secuencia de pulsos rectangulares y su espectro de amplitudes y fases.

Por tanto, cualquier señal se puede representar en forma de una serie de Fourier durante un determinado período de tiempo. Luego representaremos la separación de la señal a través de parámetros de señal, es decir, a través de amplitudes, frecuencias y cambios de fase:

a) señales cuyas series con amplitudes arbitrarias, frecuencias no superpuestas y fases arbitrarias estén separadas por frecuencia;

b) señales cuyas series con amplitudes arbitrarias se superponen en frecuencia, pero las que están desplazadas en fase entre los componentes correspondientes de la serie están separadas en fase (el desplazamiento de fase aquí es proporcional a la frecuencia);

A continuación se ilustrará la alta capacidad de los sistemas de comunicación de señales compuestas.

c) señales cuyas series con amplitudes arbitrarias, con componentes superpuestos en frecuencia (las frecuencias pueden coincidir) y fases arbitrarias están separadas por forma.

La separación de formas es una separación de códigos cuando los lados transmisor y receptor tienen señales complejas (patrones) creadas especialmente a partir de señales simples.

Al recibir una señal compleja, primero se somete a procesamiento de correlación y luego

Se está procesando una señal simple.

División de recursos de frecuencia con acceso múltiple.

Actualmente, las señales se pueden transmitir en cualquier entorno (en el entorno, en un hilo, en un cable de fibra óptica, etc.). Para aumentar la eficiencia del espectro de frecuencia y, al mismo tiempo, las líneas de transmisión forman canales grupales para transmitir señales a través de una línea de comunicación. En el lado receptor ocurre el proceso inverso: la separación de canales. Veamos los métodos utilizados para separar canales:

Figura 2.21 Acceso múltiple por división de frecuencia FDMA

Figura 2.22 TDMA de acceso múltiple por división de tiempo.

Figura 2.23 CDMA de acceso múltiple por división de código

Cifrado en redes wifi

El cifrado de datos en redes inalámbricas recibe tanta atención debido a la propia naturaleza de dichas redes. Los datos se transmiten de forma inalámbrica mediante ondas de radio, generalmente mediante antenas omnidireccionales. De este modo, todos pueden escuchar los datos, no sólo la persona a la que están destinados, sino también el vecino que vive detrás de la pared o el "interesado" que se encuentra con un ordenador portátil debajo de la ventana. Por supuesto, las distancias a las que operan las redes inalámbricas (sin amplificadores ni antenas direccionales) son pequeñas: unos 100 metros en condiciones ideales. Las paredes, los árboles y otros obstáculos amortiguan mucho la señal, pero esto todavía no soluciona el problema.

Inicialmente, sólo se utilizaba el SSID (nombre de red) para protección. Pero, en términos generales, este método se puede llamar protección con mucho margen: el SSID se transmite en texto claro y nadie impide que un atacante lo escuche a escondidas y luego lo sustituya por el deseado en su configuración. Sin mencionar que (esto se aplica a los puntos de acceso) se puede habilitar el modo de transmisión para el SSID, es decir. Se transmitirá a la fuerza a todos los que escuchen.

Por tanto, era necesario cifrar los datos. El primer estándar de este tipo fue WEP (Wired Equivalent Privacy). El cifrado se realiza mediante una clave de 40 o 104 bits (cifrado de flujo mediante el algoritmo RC4 en una clave estática). Y la clave en sí es un conjunto de caracteres ASCII con una longitud de 5 (para una clave de 40 bits) o 13 (para una clave de 104 bits). El conjunto de estos caracteres se traduce en una secuencia de dígitos hexadecimales, que son la clave. Los controladores de muchos fabricantes le permiten ingresar valores hexadecimales (de la misma longitud) directamente en lugar de un conjunto de caracteres ASCII. Tenga en cuenta que los algoritmos para convertir secuencias de caracteres ASCII a valores de clave hexadecimales pueden variar entre diferentes fabricantes. Por lo tanto, si su red utiliza equipos inalámbricos heterogéneos y no puede configurar el cifrado WEP utilizando una frase clave ASCII, intente ingresar la clave en formato hexadecimal.

Pero ¿qué pasa con las declaraciones de los fabricantes sobre la compatibilidad con el cifrado de 64 y 128 bits? Así es, el marketing juega un papel aquí: 64 es más de 40 y 128 es 104. En realidad, el cifrado de datos se produce utilizando una longitud de clave de 40 o 104. Pero además de la frase ASCII (el componente estático de la clave) , también existe el Vector de inicialización - IV – vector de inicialización. Sirve para aleatorizar el resto de la clave. El vector se selecciona aleatoriamente y cambia dinámicamente durante la operación. En principio, esta es una solución razonable, ya que le permite introducir un componente aleatorio en la clave. La longitud del vector es de 24 bits, por lo que la longitud total de la clave termina siendo 64 (40+24) o 128 (104+24) bits.

Todo estaría bien, pero el algoritmo de cifrado utilizado (RC4) actualmente no es particularmente fuerte; si realmente lo desea, puede encontrar una clave por fuerza bruta en un tiempo relativamente corto. Pero aún así, la principal vulnerabilidad de WEP está asociada precisamente con el vector de inicialización. El IV tiene sólo 24 bits de longitud. Esto nos da aproximadamente 16 millones de combinaciones, 16 millones de vectores diferentes. Aunque la cifra “16 millones” parezca bastante impresionante, todo en el mundo es relativo. En el trabajo real, se utilizarán todas las opciones de clave posibles en un período de diez minutos a varias horas (para una clave de 40 bits). Después de esto, los vectores comenzarán a repetirse. Un atacante sólo necesita recopilar una cantidad suficiente de paquetes simplemente escuchando el tráfico de la red inalámbrica y encontrando estas repeticiones. Después de esto, selección de estática.

Casi desde el mismo momento de sus inicios, las tribus humanas se enfrentaron a la necesidad no solo de acumular información, sino también de intercambiarla entre sí. Sin embargo, si no fue tan difícil hacer esto con las personas cercanas (lenguaje y escritura), entonces con aquellos que estaban a largas distancias este proceso causó algunos problemas.

Con el tiempo, estos se solucionaron con la invención de la señal. Al principio eran bastante primitivos (humo, sonido, etc.), pero poco a poco la humanidad descubrió nuevas leyes de la naturaleza, lo que contribuyó a la invención de nuevas formas de transmitir información. Averigüemos qué tipos de señales existen y también consideremos cuáles de ellas se utilizan con mayor frecuencia en la sociedad moderna.

¿Qué es una señal?

Esta palabra se refiere a información codificada por un sistema, que se transmite a través de un canal especial y puede ser decodificada por otro sistema.

Muchos científicos creen que la capacidad de los organismos biológicos, o incluso de las células individuales, de comunicarse entre sí (señalando la presencia de nutrientes o peligro) se ha convertido en la principal fuerza impulsora de la evolución.

Cualquier proceso físico cuyos parámetros se adapten al tipo de datos transmitidos puede actuar como señal. Por ejemplo, en un sistema de comunicación telefónica, el transmisor convierte las palabras del suscriptor que habla en una señal de voltaje eléctrico, que se transmite a través de cables al dispositivo receptor, cerca del cual se encuentra la persona que escucha.

Señal y mensaje

Estos dos conceptos tienen un significado muy parecido: contienen ciertos datos transmitidos del remitente al destinatario. Sin embargo, existe una diferencia notable entre ellos.

Para lograr este objetivo, el mensaje debe ser aceptado por el destinatario. Es decir, su ciclo de vida consta de tres etapas: codificación de información - transmisión - decodificación de mensajes.

En el caso de una señal, su aceptación no es condición necesaria para su existencia. Es decir, la información cifrada en él se puede decodificar, pero se desconoce si alguien lo hará.

Clasificación según diferentes criterios de señales: principales tipos

En la naturaleza existen muchos tipos de señales con diferentes características. En este sentido, se utilizan diversos criterios de estos fenómenos para clasificarlos. Así, existen tres categorías:

• Por método de entrega (regular/irregular).
• Por tipo de naturaleza física.
• Por tipo de función que describe los parámetros.

Señales por tipo de naturaleza física.

Dependiendo del método de formación, los tipos de señales son los siguientes.

• Eléctrico (portador de datos: corriente o voltaje que varía en el tiempo en un circuito eléctrico).
• Magnético.
• Electromagnético.
• Térmico.
• Señales de radiaciones ionizantes.
• Óptico/luz.
• Acústico (sonido).

Los dos últimos tipos de señales son también los ejemplos más simples de operaciones técnicas de comunicación, cuyo objetivo es notificar sobre las peculiaridades de la situación actual.

La mayoría de las veces se utilizan para advertir de peligros o fallos de funcionamiento del sistema.

A menudo se utilizan variedades sonoras y ópticas como coordinación para el buen funcionamiento de los equipos automatizados. Entonces, algunos tipos de señales de control (comandos) son estimulantes para que el sistema comience a actuar.

Por ejemplo, en las alarmas de incendio, cuando los sensores detectan rastros de humo, emiten un sonido agudo. Esto, a su vez, es percibido por el sistema como una señal de control para extinguir el incendio.

Otro ejemplo de cómo una señal (los tipos de señales por tipo de naturaleza física se enumeran arriba) activa el sistema en caso de peligro es la termorregulación del cuerpo humano. Entonces, si debido a diversos factores la temperatura corporal aumenta, las células "informan" al cerebro al respecto, y éste activa el "sistema de enfriamiento del cuerpo", más conocido por todos como sudoración.

Por tipo de función

Hay diferentes categorías para este parámetro.

• Analógico (continuo).
• Cuántico.
• Discreto (pulso).
• Señal digital.

Todos estos tipos de señales son eléctricas. Esto se debe a que no sólo son más fáciles de procesar, sino que también se transmiten fácilmente a largas distancias.

¿Qué es una señal analógica y sus tipos?

Este nombre se da a señales de origen natural que cambian continuamente en el tiempo (continuas) y son capaces de tomar diferentes valores a lo largo de un intervalo determinado.

Por sus propiedades, son ideales para la transmisión de datos en comunicaciones telefónicas, radiodifusión y televisión.

De hecho, todos los demás tipos de señales (digitales, cuánticas y discretas) son, por naturaleza, convertidas en analógicas.

Dependiendo de los espacios continuos y de las correspondientes cantidades físicas, se distinguen diferentes tipos de señales analógicas.

• Derecho.
• Segmento de línea.
• Círculo.
• Espacios caracterizados por la multidimensionalidad.

Señal cuantificada

Como ya se mencionó en el párrafo anterior, este sigue siendo el mismo tipo analógico, pero su diferencia es que ha sido cuantizado. Al mismo tiempo, todo su rango de valores podría dividirse en niveles. Su cantidad se representa en números de una profundidad de bits determinada.

Normalmente, este proceso se utiliza en la práctica al comprimir señales de audio u ópticas. Cuantos más niveles de cuantificación haya, más precisa será la transformación de analógico a cuántico.

La variedad en cuestión también se refiere a aquellas que surgieron de forma artificial.

En muchas clasificaciones de tipos de señales, esta señal no se distingue. Sin embargo, existe.

Vista discreta

Esta señal también es artificial y tiene un número finito de niveles (valores). Como regla general, hay dos o tres.

En la práctica, la diferencia entre los métodos de transmisión de señales analógicas y discretas se puede ilustrar comparando la grabación de sonido en un disco de vinilo y un disco compacto. En el primero, la información se presenta en forma de una pista de audio continua. Pero en el segundo, en forma de puntos grabados con láser con diferente reflectividad.

Este tipo de transmisión de datos se produce convirtiendo una señal analógica continua en un conjunto de valores discretos en forma de códigos binarios.

Este proceso se llama discretización. Dependiendo del número de caracteres en las combinaciones de códigos (uniforme/impar), se divide en dos tipos.

Señales digitales

Hoy en día, este método de transmisión de información está reemplazando persistentemente al analógico. Como los dos anteriores, también es artificial. En la práctica, se representa como una secuencia de valores digitales.

A diferencia del analógico, este transmite datos mucho más rápido y con mejor calidad, al mismo tiempo que los limpia de interferencias de ruido. Al mismo tiempo, esta es la debilidad de la señal digital (los otros tipos de señales se encuentran en los tres párrafos anteriores). El hecho es que la información filtrada de esta manera pierde partículas de datos "ruidosas".

En la práctica, esto significa que piezas enteras desaparecen de la imagen transmitida. Y si hablamos de sonido, palabras o incluso frases completas.

De hecho, cualquier señal analógica se puede modular a digital. Para ello, se somete a dos procesos simultáneamente: muestreo y cuantificación. Al ser un método independiente de transmisión de información, una señal digital no se divide en tipos.

Su popularidad ha contribuido al hecho de que en los últimos años se han creado televisores de nueva generación específicamente para la transmisión de imágenes y sonido digital, en lugar de analógica. Sin embargo, se pueden conectar a cables de TV normales mediante adaptadores.

Modulación de señal

Todos los métodos de transmisión de datos anteriores están asociados con un fenómeno llamado modulación (para señales digitales, manipulación). ¿Por qué es necesario?

Como es sabido, las ondas electromagnéticas (con la ayuda de las cuales se transmiten diferentes tipos de señales) tienden a atenuarse, lo que reduce significativamente su rango de transmisión. Para evitar que esto suceda, las vibraciones de baja frecuencia se transfieren a la zona de las ondas largas y de alta frecuencia. Este fenómeno se llama modulación (manipulación).

Además de aumentar la distancia de transmisión de datos, aumenta la inmunidad al ruido de las señales. También es posible organizar simultáneamente varios canales independientes para transmitir información.

El proceso en sí es el siguiente. Un dispositivo llamado modulador recibe dos señales simultáneamente: baja frecuencia (transporta cierta información) y alta frecuencia (sin información, pero capaz de transmitirse a largas distancias). En este dispositivo se transforman en uno solo, que combina simultáneamente las ventajas de ambos.

Los tipos de señales de salida dependen del parámetro modificado de la oscilación de alta frecuencia de la portadora de entrada.

Si es armónico, este proceso de modulación se llama analógico.

Si es periódico, pulsado.

Si la señal portadora es simplemente corriente continua, este tipo se llama similar al ruido.

Los dos primeros tipos de modulación de señal, a su vez, se dividen en subtipos.

La modulación analógica funciona así.

• Amplitud (AM): cambio en la amplitud de la señal portadora.
• Fase (PM): la fase cambia.
• Frecuencia: sólo se ve afectada la frecuencia.

Tipos de modulación de señales pulsadas (discretas).

• Pulso de amplitud (AIM).
• Frecuencia de pulso (PFM).
• Ancho de pulso (PWM).
• Impulso de fase (PPM).

Habiendo considerado qué métodos de transmisión de datos existen, podemos concluir que, independientemente de su tipo, todos juegan un papel importante en la vida de una persona, ayudándola a desarrollarse integralmente y protegiéndola de posibles peligros.

En cuanto a las señales analógicas y digitales (con las que se transmite información en el mundo moderno), lo más probable es que en los próximos veinte años en los países desarrollados la primera sea reemplazada casi por completo por la segunda.