Setiap hari orang dihadapkan pada penggunaan perangkat elektronik. Kehidupan modern tidak mungkin terjadi tanpa mereka. Bagaimanapun, kita berbicara tentang TV, radio, komputer, telepon, multicooker, dan sebagainya. Sebelumnya, hanya beberapa tahun yang lalu, tidak ada yang memikirkan sinyal apa yang digunakan di setiap perangkat yang berfungsi. Sekarang kata “analog”, “digital”, “diskrit” sudah ada sejak lama. Beberapa jenis sinyal yang tercantum berkualitas tinggi dan dapat diandalkan.

Transmisi digital mulai digunakan jauh lebih lambat dibandingkan transmisi analog. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa sinyal seperti itu lebih mudah dipertahankan, dan teknologi pada saat itu belum begitu maju.

Setiap orang selalu menjumpai konsep “kebijaksanaan”. Jika Anda menerjemahkan kata ini dari bahasa Latin, artinya “diskontinuitas”. Menggali jauh ke dalam sains, kita dapat mengatakan bahwa sinyal diskrit adalah metode transmisi informasi, yang menyiratkan perubahan waktu dalam media pembawa. Yang terakhir mengambil nilai apa pun dari semua kemungkinan. Sekarang keleluasaan memudar ke latar belakang, setelah keputusan dibuat untuk memproduksi sistem pada sebuah chip. Mereka holistik, dan semua komponen berinteraksi erat satu sama lain. Dalam kebijaksanaan, semuanya justru sebaliknya - setiap detail diselesaikan dan dihubungkan satu sama lain melalui jalur komunikasi khusus.

Sinyal

Sinyal adalah kode khusus yang dikirimkan ke luar angkasa oleh satu atau lebih sistem. Rumusan ini bersifat umum.

Di bidang informasi dan komunikasi, sinyal adalah pembawa data khusus yang digunakan untuk mengirimkan pesan. Hal ini dapat dibuat, tetapi tidak diterima; kondisi terakhir tidak diperlukan. Jika sinyalnya berupa pesan, maka “menangkapnya” dianggap perlu.

Kode yang dijelaskan ditentukan oleh fungsi matematika. Ini mencirikan semua kemungkinan perubahan parameter. DI DALAM teori teknik radio model ini dianggap dasar. Di dalamnya, noise disebut analog dari sinyal. Ini mewakili fungsi waktu yang secara bebas berinteraksi dengan kode yang dikirimkan dan mendistorsinya.

Artikel ini menjelaskan jenis-jenis sinyal: diskrit, analog dan digital. Teori dasar tentang topik yang dijelaskan juga diberikan secara singkat.

Jenis sinyal

Ada beberapa sinyal yang tersedia. Mari kita lihat jenis apa saja yang ada.

1. Menurut media fisik pembawa data, sinyal listrik, optik, akustik dan elektromagnetik dibagi. Ada beberapa spesies lain, namun kurang dikenal.
2. Menurut metode pengaturannya, sinyal dibagi menjadi teratur dan tidak teratur. Yang pertama adalah metode transmisi data deterministik, yang ditentukan oleh fungsi analitis. Yang acak dirumuskan menggunakan teori probabilitas, dan juga mengambil nilai apa pun pada interval waktu yang berbeda.
3. Bergantung pada fungsi yang menjelaskan semua parameter sinyal, metode transmisi data dapat berupa analog, diskrit, digital (metode yang dikuantisasi berdasarkan level). Mereka digunakan untuk memberi daya pada banyak peralatan listrik.

Sekarang pembaca mengetahui semua jenis transmisi sinyal. Tidak akan sulit bagi siapa pun untuk memahaminya, yang utama adalah berpikir sedikit dan mengingat pelajaran fisika sekolah.

Mengapa sinyal diproses?

Sinyal diproses untuk mengirim dan menerima informasi yang dienkripsi di dalamnya. Setelah dihapus maka dapat digunakan dalam berbagai cara. Dalam beberapa situasi, ini akan diformat ulang.

Ada alasan lain untuk memproses semua sinyal. Ini terdiri dari sedikit kompresi frekuensi (agar tidak merusak informasi). Setelah ini, diformat dan dikirim dengan kecepatan lambat.

Sinyal analog dan digital menggunakan teknik khusus. Khususnya, penyaringan, konvolusi, korelasi. Mereka diperlukan untuk memulihkan sinyal jika rusak atau menimbulkan kebisingan.

Penciptaan dan pembentukan

Seringkali, konverter analog-ke-digital (ADC) diperlukan untuk menghasilkan sinyal. Paling sering, keduanya hanya digunakan dalam situasi di mana teknologi DSP digunakan. Dalam kasus lain, hanya menggunakan DAC saja sudah cukup.

Saat membuat kode analog fisik dengan penggunaan metode digital lebih lanjut, mereka mengandalkan informasi yang diterima, yang dikirimkan dari perangkat khusus.

Rentang dinamis

Ini dihitung berdasarkan perbedaan antara tingkat volume yang lebih tinggi dan lebih rendah, yang dinyatakan dalam desibel. Itu sepenuhnya tergantung pada pekerjaan dan karakteristik kinerjanya. Ini seperti trek musik, dan tentang dialog biasa antar manusia. Jika kita ambil contoh seorang penyiar yang membacakan berita, maka rentang dinamisnya berfluktuasi sekitar 25-30 dB. Dan saat membaca karya apa pun, suaranya bisa meningkat hingga 50 dB.

Sinyal analog

Sinyal analog adalah metode transmisi data yang berkesinambungan dalam waktu. Kerugiannya adalah adanya kebisingan, yang terkadang menyebabkan hilangnya informasi sepenuhnya. Sangat sering muncul situasi di mana tidak mungkin untuk menentukan di mana data penting berada dalam kode dan di mana terdapat distorsi biasa.

Karena itulah pemrosesan sinyal digital menjadi sangat populer dan secara bertahap menggantikan analog.

Sinyal digital

Sinyal digital itu istimewa; dijelaskan dengan fungsi diskrit. Amplitudonya dapat mengambil nilai tertentu dari nilai yang telah ditentukan. Jika sinyal analog mampu menerima noise dalam jumlah besar, kemudian digital menyaring sebagian besar interferensi yang diterima.

Selain itu, jenis transfer data ini mentransfer informasi tanpa beban semantik yang tidak perlu. Beberapa kode dapat dikirim sekaligus melalui satu saluran fisik.

Tidak ada jenis sinyal digital, karena sinyal ini menonjol sebagai metode transmisi data yang terpisah dan independen. Ini mewakili aliran biner. Saat ini, sinyal ini dianggap yang paling populer. Hal ini disebabkan oleh kemudahan penggunaan.

Penerapan sinyal digital

Apa perbedaan sinyal listrik digital dari yang lain? Sebab ia mampu melakukan regenerasi secara lengkap pada repeaternya. Ketika suatu sinyal dengan gangguan sekecil apa pun sampai pada suatu peralatan komunikasi, maka ia langsung berubah bentuk menjadi digital. Hal ini memungkinkan, misalnya, menara TV untuk menghasilkan sinyal lagi, tetapi tanpa efek kebisingan.

Jika kode datang dengan distorsi besar, sayangnya, kode tersebut tidak dapat dipulihkan. Jika kita membandingkan komunikasi analog, maka dalam situasi serupa repeater dapat mengekstraksi sebagian data, menghabiskan banyak energi.

Berdiskusi komunikasi seluler format yang berbeda, jika terdapat distorsi yang kuat pada saluran digital, hampir tidak mungkin untuk berbicara, karena kata atau keseluruhan frasa tidak dapat didengar. Dalam hal ini komunikasi analog lebih efektif karena Anda bisa terus melakukan dialog.

Justru karena masalah seperti itulah repeater sangat sering membentuk sinyal digital untuk mengurangi kesenjangan jalur komunikasi.

Sinyal diskrit

Sekarang semua orang menggunakannya telepon genggam atau semacam "dialer" di komputer Anda. Salah satu tugas perangkat atau perangkat lunak- ini adalah transmisi sinyal, dalam hal ini aliran suara. Untuk menghantarkan gelombang yang kontinyu diperlukan saluran yang mempunyai kapasitas tingkat atas. Itulah sebabnya keputusan dibuat untuk menggunakan sinyal diskrit. Ini tidak menciptakan gelombang itu sendiri, tetapi gelombang itu sendiri tampilan digital. Mengapa? Karena penularannya berasal dari teknologi (misalnya telepon atau komputer). Apa keuntungan dari transfer informasi jenis ini? Dengan bantuannya, jumlah total data yang dikirimkan berkurang, dan pengiriman batch juga lebih mudah diatur.

Konsep “sampling” telah lama digunakan dalam dunia kerja teknologi komputer. Berkat sinyal ini, informasi non-kontinyu dikirimkan, yang sepenuhnya dikodekan karakter khusus dan surat, dan data dikumpulkan di blok khusus. Mereka adalah partikel yang terpisah dan lengkap. Metode pengkodean ini telah lama diabaikan, tetapi belum sepenuhnya hilang. Ini dapat digunakan untuk dengan mudah mengirimkan informasi kecil.

Perbandingan sinyal digital dan analog

Saat membeli peralatan, hampir tidak ada orang yang memikirkan jenis sinyal apa yang digunakan pada perangkat tertentu, dan terlebih lagi tentang lingkungan dan sifatnya. Namun terkadang Anda masih harus memahami konsepnya.

Sudah lama jelas bahwa teknologi analog kehilangan permintaan karena penggunaannya yang tidak rasional. Sebagai imbalannya datang komunikasi digital. Kita perlu memahami apa yang kita bicarakan dan apa yang ditolak umat manusia.

Singkatnya, sinyal analog adalah metode transmisi informasi yang melibatkan penggambaran data dalam fungsi waktu yang berkelanjutan. Faktanya, secara spesifik, amplitudo osilasi bisa sama dengan nilai berapa pun dalam batas tertentu.

Pemrosesan sinyal digital dijelaskan oleh fungsi waktu diskrit. Dengan kata lain, amplitudo osilasi metode ini sama dengan nilai yang ditentukan secara ketat.

Beralih dari teori ke praktik, harus dikatakan bahwa sinyal analog dicirikan oleh interferensi. Tidak ada masalah seperti itu dengan digital, karena digital berhasil “memperhalusnya”. Berkat teknologi baru, metode transfer data ini mampu memulihkan semua informasi asli dengan sendirinya tanpa campur tangan ilmuwan.

Berbicara tentang televisi, kita dapat mengatakan dengan yakin: transmisi analog sudah lama kehilangan kegunaannya. Sebagian besar konsumen beralih ke sinyal digital. Kerugian dari yang terakhir adalah jika ada perangkat yang mampu menerima transmisi analog, maka lebih banyak lagi cara modern- hanya peralatan khusus. Meskipun permintaan akan metode yang ketinggalan jaman sudah lama menurun, jenis sinyal ini masih belum bisa hilang sepenuhnya dari kehidupan sehari-hari.

Tujuan dari perangkat radio-elektronik, seperti diketahui, adalah untuk menerima, mengubah, mengirimkan dan menyimpan informasi yang disajikan dalam bentuk sinyal listrik. Sinyal valid di perangkat elektronik, dan karenanya perangkat itu sendiri dibagi menjadi dua kelompok besar: analog dan digital.

Sinyal analog- sinyal yang kontinu dalam level dan waktu, yaitu sinyal seperti itu ada kapan saja dan dapat mengambil level mana pun dari rentang tertentu.

Sinyal terkuantisasi- sinyal yang hanya dapat mengambil nilai terkuantisasi tertentu yang sesuai dengan tingkat kuantisasi. Jarak antara dua level yang berdekatan merupakan langkah kuantisasi.

Sinyal sampel- sinyal yang nilainya ditentukan hanya pada saat-saat tertentu, disebut momen pengambilan sampel. Jarak antara titik pengambilan sampel yang berdekatan disebut dengan langkah pengambilan sampel. Untuk sebuah konstanta, teorema Kotelnikov berlaku: , dimana adalah bagian atas frekuensi pemutusan spektrum sinyal.

Sinyal digital- sinyal yang dikuantisasi berdasarkan level dan didiskritisasi berdasarkan waktu. Nilai terkuantisasi dari sinyal digital biasanya dikodekan dengan beberapa kode, dan setiap sampel yang dipilih selama proses pengambilan sampel diganti dengan kata kode yang sesuai, yang simbolnya memiliki dua arti - 0 dan 1 (Gbr. 2.1).

Perwakilan khas perangkat elektronik analog adalah perangkat komunikasi, penyiaran radio, dan televisi. Ketentuan Umum persyaratan untuk perangkat analog - distorsi minimal. Keinginan untuk memenuhi persyaratan ini menyebabkan meningkatnya kompleksitas diagram kelistrikan dan desain perangkat. Masalah lain dari elektronik analog adalah mencapai kekebalan kebisingan yang diperlukan, karena kebisingan dalam saluran komunikasi analog pada dasarnya tidak dapat direduksi.

Sinyal digital dihasilkan sirkuit elektronik, transistor yang tertutup (arusnya mendekati nol) atau terbuka penuh (tegangannya mendekati nol), sehingga sedikit daya yang dihamburkan dan keandalan perangkat digital lebih tinggi daripada perangkat analog.

Perangkat digital lebih tahan kebisingan dibandingkan perangkat analog, karena gangguan kecil yang tidak ada tidak menyebabkan kesalahan pengoperasian perangkat. Kesalahan hanya muncul jika terjadi gangguan sehingga level sinyal rendah dianggap tinggi, atau sebaliknya. Bisa juga digunakan di perangkat digital kode khusus, memungkinkan Anda memperbaiki kesalahan. Perangkat analog tidak memiliki opsi ini.

Perangkat digital tidak sensitif terhadap penyebaran (dalam batas yang dapat diterima) parameter dan karakteristik transistor dan elemen rangkaian lainnya. Perangkat digital bebas kesalahan tidak memerlukan konfigurasi dan dapat diulang sepenuhnya. Semua ini sangat penting dalam produksi massal perangkat yang menggunakan teknologi terintegrasi. Efektivitas biaya produksi dan pengoperasian sirkuit terpadu digital telah mengarah pada fakta bahwa pada perangkat radio-elektronik modern tidak hanya sinyal digital, tetapi juga sinyal analog yang diproses secara digital. Filter digital, regulator, pengganda, dll. adalah hal yang umum sebelum pemrosesan digital, sinyal analog diubah menjadi digital menggunakan konverter analog-ke-digital (ADC). Konversi terbalik - pemulihan sinyal analog dari sinyal digital - dilakukan menggunakan konverter digital-ke-analog (DAC).

Dengan berbagai macam masalah yang diselesaikan oleh perangkat elektronik digital, fungsinya terjadi pada sistem bilangan yang beroperasi hanya dengan dua digit: nol (0) dan satu (1).

Pengoperasian perangkat digital biasanya jam generator jam frekuensi tinggi yang cukup. Selama satu siklus jam, operasi mikro paling sederhana diimplementasikan - membaca, menggeser, perintah logis, dll. Informasi disajikan dalam bentuk kata digital. Dua metode digunakan untuk mengirimkan kata-kata - paralel dan serial. Pengkodean serial digunakan saat bertukar informasi antar perangkat digital (misalnya, dalam jaringan komputer, koneksi modem). Pemrosesan informasi dalam perangkat digital diimplementasikan menggunakan pengkodean informasi paralel, yang menjamin kinerja maksimal.

Basis elemen untuk membangun perangkat digital terdiri dari sirkuit terpadu (IC), yang masing-masing diimplementasikan menggunakan sejumlah elemen logika tertentu - perangkat digital paling sederhana yang melakukan operasi logika dasar.

Mari kita klasifikasikan sinyalnya. Sinyal dibagi menjadi:

deterministik;

acak.

Sinyal deterministik adalah sinyal yang didefinisikan secara tepat setiap saat. Sebaliknya, beberapa parameter sinyal acak tidak dapat diprediksi sebelumnya.

Sebenarnya, karena penerbitan pesan tertentu oleh sumber pesan (misalnya, sensor) bersifat acak, tidak mungkin memprediksi perubahan nilai parameter sinyal secara akurat. Akibatnya, sinyalnya pada dasarnya acak. Sinyal deterministik memiliki nilai independen yang sangat terbatas hanya untuk keperluan pengaturan dan penyesuaian teknologi informasi dan komputer, yang berperan sebagai standar.

Tergantung pada struktur parameternya, sinyal dibagi menjadi:

terpisah;

kontinu;

diskrit-kontinu.

Suatu sinyal dianggap diskrit untuk parameter tertentu jika jumlah nilai yang dapat diambil oleh parameter ini terbatas (dapat dihitung). Jika tidak, sinyal dianggap kontinu menurut parameter ini. Sinyal yang diskrit pada satu parameter dan kontinu pada parameter lain disebut diskrit-kontinu.

Sesuai dengan ini, jenis sinyal berikut dibedakan (Gbr. 1.4.):

a) Kontinu dalam level dan waktu (analog) - ini adalah sinyal pada output mikrofon, sensor suhu, sensor tekanan, dll.

b) Tingkatnya kontinu, tetapi berlainan dalam waktu. Sinyal tersebut diperoleh dengan pengambilan sampel waktu dari sinyal analog.

Beras. 1.4. Jenis sinyal.

Yang kami maksud dengan pengambilan sampel adalah mengubah fungsi waktu kontinu (khususnya sinyal kontinu) menjadi fungsi waktu diskrit yang mewakili urutan besaran yang disebut koordinat, sampel, atau sampel (nilai sampel).

Metode yang paling banyak digunakan adalah metode diskritisasi, di mana peran koordinat dimainkan oleh nilai sesaat dari fungsi kontinu (sinyal), yang diambil pada waktu tertentu S(t i), dimana i=1,…,n. Interval waktu antara momen-momen ini disebut interval sampel. Jenis pengambilan sampel ini sering disebut modulasi amplitudo pulsa (PAM).

c) Tingkatnya terpisah, kontinu dalam waktu. Sinyal tersebut diperoleh dari sinyal kontinu sebagai hasil kuantisasi level.

Yang kami maksud dengan kuantisasi level (atau sekadar kuantisasi) adalah transformasi suatu besaran dengan skala nilai yang kontinu (misalnya, amplitudo sinyal) menjadi besaran dengan skala nilai yang terpisah.

Skala nilai yang berkesinambungan ini dibagi menjadi interval 2m+1 yang disebut langkah kuantisasi. Dari himpunan nilai sesaat yang termasuk dalam langkah kuantisasi ke-j, hanya satu nilai S j yang diperbolehkan; ini disebut tingkat kuantisasi ke-j. Kuantisasi dilakukan dengan mengganti nilai sesaat dari sinyal kontinu dengan salah satu dari serangkaian tingkat kuantisasi yang terbatas (biasanya yang terdekat):

S j , dimana j=-m,-m+1,…,-1,0,1,…,m.

Himpunan nilai S j membentuk skala tingkat kuantisasi yang diskrit. Jika skala ini seragam, mis. selisih ΔS j = S j - S j-1 konstan, kuantisasi disebut seragam. Jika tidak, maka akan menjadi tidak merata. Karena kesederhanaan implementasi teknisnya, kuantisasi seragam menjadi yang paling banyak digunakan.

d) Diskrit dalam level dan waktu. Sinyal tersebut diperoleh dengan pengambilan sampel dan kuantisasi secara bersamaan. Sinyal-sinyal ini dapat dengan mudah direpresentasikan dalam bentuk digital (sampel digital), yaitu. berupa angka-angka yang jumlah digitnya berhingga, menggantikan setiap pulsa dengan angka yang menunjukkan banyaknya tingkat kuantisasi yang dicapai pulsa pada suatu waktu tertentu. Oleh karena itu, sinyal ini sering disebut digital.

Dorongan untuk menyajikan sinyal kontinu dalam bentuk diskrit (digital) adalah kebutuhan untuk mengklasifikasikan sinyal ucapan selama Perang Dunia II. Insentif yang lebih besar untuk konversi digital dari sinyal kontinu adalah penciptaan komputer, yang digunakan sebagai sumber atau penerima sinyal di banyak sistem transmisi informasi.

Mari kita berikan contoh konversi digital dari sinyal kontinu. Misalnya, dalam sistem telepon digital (standar G.711), sinyal analog digantikan oleh rangkaian sampel dengan frekuensi 2F = 8000 Hz, T d = 125 s (Karena rentang frekuensi sinyal telepon adalah 300 -3400 Hz, dan frekuensi sampling menurut teorema Nyquist -Kotelnikov harus setidaknya dua kali frekuensi maksimum sinyal yang dikonversi F). Selanjutnya, setiap pulsa diganti dalam konverter analog-ke-digital 8-bit (ADC-Analog-to-Digital Converter) dengan kode biner yang memperhitungkan tanda dan amplitudo sampel (256 tingkat kuantisasi). Proses kuantisasi ini disebut modulasi kode pulsa (PCM atau Pulse Code Modulation). Ini menggunakan hukum kuantisasi nonlinier yang disebut "A=87.6", yang lebih memperhitungkan sifat persepsi manusia terhadap sinyal ucapan. Kecepatan transmisi satu pesan telepon ternyata 8×8000=64 Kbps. Sistem pesan telepon 30 saluran (sistem hierarki tingkat pertama standar CCITT - PDH-E1) dengan pembagian waktu saluran sudah beroperasi pada kecepatan 2048 Kbit/s.

Saat merekam musik secara digital pada CD (Compact Disk), yang berisi suara stereo maksimal 74 menit, digunakan frekuensi sampling 2F≈44,1 kHz (karena batas audibilitas telinga manusia adalah 20 kHz ditambah margin 10%). ) dan kuantisasi linier 16 bit dari setiap sampel (65536 level sinyal suara, untuk pidato 7-8 digit sudah cukup).

Penggunaan sinyal diskrit (digital) secara signifikan mengurangi kemungkinan menerima informasi yang terdistorsi karena:

dalam hal ini, metode pengkodean yang efektif dapat diterapkan untuk mendeteksi dan memperbaiki kesalahan (lihat topik 6);

efek akumulasi distorsi yang melekat pada sinyal kontinu selama transmisi dan pemrosesan dapat dihindari, karena sinyal terkuantisasi dapat dengan mudah dikembalikan ke level aslinya setiap kali jumlah akumulasi distorsi mendekati setengah langkah kuantisasi.

Selain itu, dalam hal ini pengolahan dan penyimpanan informasi dapat dilakukan dengan menggunakan teknologi komputer.

Sinyal analog, diskrit dan digital

Salah satu tren perkembangan sistem modern komunikasi adalah meluasnya penggunaan pemrosesan sinyal diskrit-analog dan digital (DAO dan DSP).

Sinyal analog Z’(t), yang awalnya digunakan dalam teknik radio, dapat direpresentasikan sebagai grafik kontinu (Gbr. 2.10a). Sinyal analog meliputi sinyal AM, FM, FM, sinyal sensor telemetri, dll. Perangkat yang memproses sinyal analog disebut perangkat pemrosesan analog. Perangkat tersebut termasuk konverter frekuensi, berbagai amplifier, filter LC, dll.

Penerimaan sinyal analog yang optimal, sebagai suatu peraturan, melibatkan algoritma penyaringan linier yang optimal, yang sangat relevan ketika menggunakan sinyal mirip noise yang kompleks. Namun, dalam kasus ini pembuatan filter yang cocok lebih sulit. Saat menggunakan filter yang cocok berdasarkan garis penundaan multi-ketuk (magnetostriktif, kuarsa, dll.), diperoleh redaman besar, dimensi, dan ketidakstabilan penundaan. Filter berdasarkan gelombang akustik permukaan (SAW) cukup menjanjikan, tetapi durasi singkat dari sinyal yang diproses di dalamnya dan kerumitan penyesuaian parameter filter membatasi cakupan penerapannya.

Pada tahun 40-an, RES analog digantikan oleh perangkat untuk pemrosesan diskrit dari proses input analog. Perangkat ini menyediakan pemrosesan sinyal analog diskrit (DAO) dan memiliki kemampuan luar biasa. Di sini digunakan sinyal yang diskrit dalam waktu dan kontinu dalam keadaan. Sinyal Z'(kT) seperti itu adalah rangkaian pulsa dengan amplitudo yang sama dengan nilai sinyal analog Z'(t) pada waktu diskrit t=kT, di mana k=0,1,2,… adalah bilangan bulat. Transisi dari sinyal kontinu Z'(t) ke rangkaian pulsa Z'(kT) disebut time sampling.

Gambar 2.10 Sinyal analog, diskrit dan digital

Gambar 2.11 Pengambilan Sampel Sinyal Analog

Sinyal analog dapat diambil sampelnya tepat waktu melalui kaskade kebetulan “DAN” (Gbr. 2.11), pada input yang mana sinyal analog Z’(t) beroperasi. Kaskade kebetulan dikendalikan oleh tegangan clock UT(t) - pulsa pendek berdurasi ti, mengikuti interval T>>ti.

Interval pengambilan sampel T dipilih sesuai dengan teorema Kotelnikov T=1/2Fmax, di mana Fmax adalah frekuensi maksimum dalam spektrum sinyal analog. Frekuensi fd = 1/T disebut frekuensi sampling, dan himpunan nilai sinyal pada 0, T, 2T,... disebut sinyal dengan modulasi amplitudo pulsa (PAM).

Hingga akhir tahun 50-an, sinyal AIM hanya digunakan saat mengubah sinyal ucapan. Untuk transmisi melalui saluran komunikasi relai radio, sinyal AIM diubah menjadi sinyal dengan modulasi fase pulsa (PPM). Dalam hal ini, amplitudo pulsa adalah konstan, dan informasi tentang pesan ucapan terkandung dalam deviasi (fase) Dt pulsa relatif terhadap beberapa posisi rata-rata. Dengan menggunakan pulsa pendek dari satu sinyal, dan menempatkan pulsa sinyal lain di antara keduanya, komunikasi multisaluran diperoleh (tetapi tidak lebih dari 60 saluran).

Saat ini, DAO sedang dikembangkan secara intensif berdasarkan penggunaan “fire chain” (FC) dan charge coupled devices (CCD).

Pada awal tahun 70-an, sistem dengan modulasi kode pulsa (PCM), yang menggunakan sinyal dalam bentuk digital, mulai bermunculan di jaringan komunikasi di berbagai negara dan Uni Soviet.

Proses PCM adalah konversi sinyal analog menjadi angka dan terdiri dari tiga operasi: pengambilan sampel waktu pada interval T (Gbr. 2.10, b), kuantisasi level (Gbr. 2.10, c) dan pengkodean (Gbr. 2.10, e). Operasi pengambilan sampel waktu dibahas di atas. Operasi kuantisasi level terdiri dari fakta bahwa rangkaian pulsa, yang amplitudonya sesuai dengan nilai sinyal analog 3 pada saat-saat tertentu, digantikan oleh rangkaian pulsa yang amplitudonya hanya dapat mengambil jumlah terbatas. dari nilai-nilai tetap. Operasi ini menyebabkan kesalahan kuantisasi (Gbr. 2.10d).

Sinyal ZKV'(kT) adalah sinyal diskrit baik berdasarkan waktu maupun negara. Nilai yang mungkin u0, u1,…,uN-1 dari sinyal Z'(kT) pada sisi penerima diketahui, oleh karena itu mereka tidak mengirimkan nilai uk yang diterima sinyal pada interval T, tetapi hanya levelnya nomor k. Di pihak penerima, berdasarkan nomor k yang diterima, nilai uk dikembalikan. Dalam hal ini, barisan angka masuk sistem biner perhitungan – kata kode.

Proses pengkodean terdiri dari konversi sinyal terkuantisasi Z'(kT) menjadi rangkaian kata sandi (x(kT)). Pada Gambar. Gambar 2.10d menunjukkan kata sandi berupa rangkaian kombinasi kode biner dengan menggunakan tiga bit.

Operasi PCM yang dipertimbangkan digunakan dalam RPU dengan DSP, sedangkan PCM diperlukan tidak hanya untuk sinyal analog, tetapi juga untuk sinyal digital.

Mari kita tunjukkan kebutuhan PCM saat menerima sinyal digital melalui saluran radio. Jadi, ketika transmisi dalam rentang dekameter elemen xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxa dari sinyal digital xi(kT) (i=0,1), mencerminkan elemen kode ke-n, sinyal yang diharapkan pada input RPU bersama dengan noise aditif ξ(t) dapat direpresentasikan dalam bentuk:

z / saya (t)= µx(kT) + ξ(t) , (2.2)

pada (0 ≤ t ≥ TE),

di mana μ adalah koefisien transmisi saluran, TE adalah durasi waktu elemen sinyal. Dari (2.2) jelas bahwa noise pada input RPU membentuk sekumpulan sinyal yang mewakili osilasi analog.

Contoh rangkaian digital adalah gerbang logika, register, flip-flop, counter, perangkat penyimpanan, dll. Berdasarkan jumlah node pada IC dan LSI, RPU dengan DSP dibagi menjadi dua kelompok:

1. Unit kontrol analog-ke-digital, yang memiliki komponen individual yang diimplementasikan pada IC: penyintesis frekuensi, filter, demodulator, AGC, dll.

2. Penerima radio digital (DRD), di mana sinyal diproses setelah konverter analog-ke-digital (ADC).

Pada Gambar. Gambar 2.12 menunjukkan elemen utama (saluran informasi) dari unit pemrosesan data digital rentang dekameter: bagian analog dari jalur penerima (ADP), ADC (terdiri dari sampler, quantizer dan encoder), bagian digital dari jalur penerima ( DCPT), konverter digital-ke-analog (DAC) dan filter frekuensi rendah (low-pass filter). Garis ganda menunjukkan transmisi sinyal digital (kode), dan garis tunggal menunjukkan transmisi sinyal analog dan AIM.

Gambar 2.12 Elemen CRPU utama (saluran informasi) rentang dekameter

AFC menghasilkan selektivitas frekuensi awal, amplifikasi signifikan, dan konversi frekuensi sinyal Z'(T). ADC mengubah sinyal analog Z’(T) menjadi sinyal digital x(kT) (Gbr. 2.10,e).

Dalam CCPT, sebagai aturan, konversi frekuensi tambahan, selektivitas (dalam filter digital - selektivitas utama) dan demodulasi digital analog dan pesan terpisah(telegrafi frekuensi, fase relatif dan amplitudo). Pada keluaran CCPT kita memperoleh sinyal digital kamu(kT) (Gbr. 2.10, e). Sinyal ini, diproses menurut algoritma tertentu, dari output konverter frekuensi pusat masuk ke DAC atau ke perangkat penyimpanan komputer (saat menerima data).

Dalam DAC dan filter low-pass yang dihubungkan secara seri, sinyal digital y(kT) diubah terlebih dahulu menjadi sinyal y(t), kontinu dalam waktu dan keadaan diskrit, dan kemudian menjadi yФ(t), yang kontinu dalam waktu dan keadaan (Gbr. 2.10g, h).

Dari sekian banyak metode pemrosesan sinyal digital di pusat pemrosesan sinyal digital, yang terpenting adalah penyaringan dan demodulasi digital. Mari kita perhatikan algoritma dan struktur filter digital (DF) dan demodulator digital (CD).

penyaring digital adalah sistem diskrit ( perangkat fisik atau program komputer). Di dalamnya, urutan sampel numerik (x(kT)) dari sinyal masukan diubah menjadi urutan (y(kT)) dari sinyal keluaran.

Algoritma DF utama adalah: persamaan perbedaan linier, persamaan konvolusi diskrit, fungsi transfer operator pada bidang z dan respon frekuensi.

Persamaan yang menggambarkan barisan bilangan (pulsa) pada masukan dan keluaran filter digital (sistem diskrit dengan penundaan) disebut persamaan beda linier.

Persamaan selisih linier fungsi digital rekursif berbentuk:

, (2.3)

dimana x[(k-m)T] dan y[(k-n)T] adalah nilai barisan masukan dan keluaran sampel numerik masing-masing pada waktu (k-m)T dan (k-n)T; m dan n – masing-masing jumlah sampel numerik masukan dan keluaran sebelumnya yang dijumlahkan;

a0, a1, …, am dan b1, b2, …, bn adalah koefisien pembobotan nyata.

Pada (3), suku pertama adalah persamaan selisih linier dari fungsi digital non-rekursif. Persamaan konvolusi diskrit fungsi digital diperoleh dari selisih linier fungsi digital non-rekursif dengan mengganti al di dalamnya dengan h(lT):

, (2.4)

dimana h(lT) adalah respon impuls dari filter digital, yang merupakan respon terhadap satu pulsa.

Fungsi transfer operator adalah rasio fungsi transformasi Laplace pada output dan input filter digital:

, (2.5)

Fungsi ini diperoleh langsung dari persamaan selisih menggunakan transformasi diskrit Laplace dan teorema perpindahan.

Yang kami maksud dengan transformasi Laplace diskrit, misalnya barisan (x(kT)), adalah memperoleh gambaran-L dalam bentuk

, (2.6)

dimana p=s+jw adalah operator Laplace yang kompleks.

Teorema perpindahan (pergeseran) dalam kaitannya dengan fungsi diskrit dapat dirumuskan: perpindahan variabel bebas dari variabel asli dalam waktu sebesar ±mT sesuai dengan perkalian gambar-L dengan . Misalnya,

Dengan mempertimbangkan sifat linearitas transformasi Laplace diskrit dan teorema perpindahan, barisan keluaran bilangan fungsi digital non-rekursif akan berbentuk

, (2.8)

Maka fungsi transfer operator dari filter digital non-rekursif:

, (2.9)

Gambar 2.13

Demikian pula, dengan memperhatikan rumus (2.3), kita memperoleh fungsi transfer operator dari filter digital rekursif:

, (2.10)

Rumus fungsi alih operator mempunyai bentuk yang kompleks. Oleh karena itu, kesulitan besar muncul ketika mempelajari bidang dan kutub (akar dari Gambar 2.13 dari polinomial pembilang dan akar dari polinomial penyebut), yang pada bidang p memiliki struktur frekuensi periodik.

Analisis dan sintesis fungsi digital disederhanakan dengan menerapkan transformasi z, ketika berpindah ke variabel kompleks baru z yang terkait dengan p melalui relasi z=epT atau z-1=e-рT. Di sini bidang kompleks p=s+jw dipetakan ke bidang kompleks lainnya z=x+jy. Untuk ini perlu es+jw=x+jy. Pada Gambar. Gambar 2.13 menunjukkan bidang kompleks p dan z.

Dengan mengganti variabel e-pT=z-1 pada (2.9) dan (2.10), kita memperoleh fungsi transfer pada bidang z, masing-masing, untuk filter digital non-rekursif dan rekursif:

, (2.11)

, (2.12)

Fungsi transfer filter digital non-rekursif hanya memiliki angka nol, sehingga benar-benar stabil. Filter digital rekursif akan stabil jika kutubnya terletak di dalam lingkaran satuan bidang z.

Fungsi alih filter digital dalam bentuk polinomial pangkat negatif variabel z memungkinkan pembuatan diagram blok filter digital langsung dari bentuk fungsi HC(z). Variabel z-1 disebut operator penundaan satuan, dan dalam diagram blok disebut elemen penundaan. Oleh karena itu, pangkat tertinggi dari pembilang dan penyebut fungsi alih HC(z)rec masing-masing menentukan jumlah elemen penundaan pada bagian non-rekursif dan rekursif dari filter digital.

Respon frekuensi filter digital diperoleh langsung dari fungsi transfernya pada bidang z dengan mengganti z dengan ejl (atau z-1 dengan e-jl) dan melakukan transformasi yang diperlukan. Oleh karena itu, respons frekuensi dapat ditulis sebagai:

, (2.13)

dimana CC(l) adalah respon frekuensi amplitudo (AFC), dan φ(l) adalah karakteristik frekuensi fasa dari filter digital; aku=2 f’ - frekuensi digital; f '=f/fД – frekuensi relatif; f – frekuensi siklik.

Ciri CC(jl) CC merupakan fungsi periodik frekuensi digital l dengan periode 2 (atau kesatuan dalam frekuensi relatif). Memang ejl±jn2 = ejl ±jn2 = ejl, karena menurut rumus Euler ejn2 =cosn2 +jsinn2 = 1.

Gambar 2.14 Diagram blok rangkaian osilasi

Dalam teknik radio, selama pemrosesan sinyal analog, filter frekuensi paling sederhana adalah rangkaian osilasi LC. Mari kita tunjukkan bahwa dalam pemrosesan digital, filter frekuensi paling sederhana adalah tautan rekursif orde kedua, yang fungsi transfernya pada bidang z adalah

, (2.14)

A diagram blok memiliki bentuk yang ditunjukkan pada Gambar. 2.14. Di sini operator Z-1 adalah elemen penundaan diskrit untuk satu siklus jam filter digital, garis dengan panah menunjukkan perkalian dengan a0, b2, dan b1, “blok +” menunjukkan penambah.

Untuk menyederhanakan analisis, dalam ekspresi (2.14) kita ambil a0=1, menyatakannya dalam pangkat positif z, kita peroleh

, (2.15)

Fungsi transfer resonator digital, seperti rangkaian LC osilasi, hanya bergantung pada parameter rangkaian. Peran L,C,R memenuhi koefisien b1 dan b2.

Dari (2.15) jelas bahwa fungsi transfer tautan rekursif orde kedua memiliki nol multiplisitas kedua pada bidang z (di titik z=0) dan dua kutub

Dan

Persamaan respons frekuensi kita memperoleh tautan rekursif orde kedua dari (2.14), menggantikan z-1 dengan e-jl (dengan a0=1):

, (2.16)

Respon amplitudo-frekuensi sama dengan modulus (2.16):

Setelah melakukan transformasi dasar. Respon frekuensi dari tautan rekursif orde kedua akan berbentuk:

Gambar 2.15 Grafik tautan rekursif orde kedua

Pada Gambar. 2.15 menunjukkan grafik sesuai dengan (2.18) untuk b1=0. Dari grafik terlihat jelas bahwa mata rantai rekursif orde kedua adalah sistem pemilu pita sempit, yaitu. resonator digital. Yang ditampilkan di sini hanyalah bagian kerja dari rentang frekuensi resonator f'<0,5. Далее характери-стики повторяются с интервалом fД

Penelitian menunjukkan bahwa frekuensi resonansi f0' akan mengambil nilai berikut:

f0'=fД/4 pada b1=0;

f0' 0;

f0'>fД/4 di b1<0.

Nilai b1 dan b2 mengubah frekuensi resonansi dan faktor kualitas resonator. Jika b1 dipilih dari kondisi

, dimana , maka b1 dan b2 hanya akan mempengaruhi faktor kualitas (f0’=const). Penyetelan frekuensi resonator dapat dilakukan dengan mengubah fD.

Demodulator digital

Demodulator digital dalam teori umum komunikasi dianggap sebagai perangkat komputasi yang memproses campuran sinyal dan noise.

Mari kita definisikan algoritma CD untuk memproses sinyal analog AM dan FM dengan rasio signal-to-noise yang tinggi. Untuk melakukan ini, mari kita sajikan amplop kompleks Z / (t) dari campuran analog sinyal dan noise Z'(t) pita sempit pada keluaran AFC dalam bentuk eksponensial dan aljabar:

Dan

, (2.20)

adalah selubung dan fase total campuran, dan ZC(t) dan ZS(t) adalah komponen kuadratur.

Dari (2.20) jelas bahwa selubung sinyal Z(t) berisi informasi lengkap tentang hukum modulasi. Oleh karena itu, algoritma digital untuk memproses sinyal analog AM dalam CD menggunakan komponen kuadratur XC(kT) dan XS(kT) dari sinyal digital x(kT) memiliki bentuk:

Diketahui bahwa frekuensi suatu sinyal merupakan turunan pertama fasanya, yaitu.

, (2.22)

Kemudian dari (2.20) dan (2.22) sebagai berikut:

, (2.23)

Gambar 2.16 Blok diagram CCPT

Menggunakan komponen kuadratur XC(kT) b XS(kT) dari sinyal digital x(kT) pada (2.23) dan mengganti turunannya dengan perbedaan pertama, kita memperoleh algoritma digital untuk memproses sinyal FM analog dalam disk digital digital:

Pada Gambar. Gambar 2.16 menunjukkan varian diagram blok CCPT saat menerima sinyal analog AM dan FM, yang terdiri dari quadrature converter (QC) dan CD.

Dalam CP, komponen kuadratur dari sinyal digital kompleks dibentuk dengan mengalikan sinyal x(kT) dengan dua urutan (cos(2πf 1 kT)) dan (sin(2πf 1 kT)), dimana f1 adalah frekuensi sentral dari sinyal digital kompleks. tampilan frekuensi terendah dari spektrum sinyal z'(t ). Pada keluaran pengganda, filter low-pass digital (DLPF) memberikan penekanan harmonik dengan frekuensi 2f1 dan menyorot sampel digital komponen kuadratur. Di sini, DFLP digunakan sebagai filter digital selektivitas utama. Diagram blok CD sesuai dengan algoritma (2.21) dan (2.24).

Algoritme pemrosesan sinyal digital yang dipertimbangkan dapat diimplementasikan dalam perangkat keras (menggunakan komputer khusus pada IC digital, perangkat dengan koneksi pengisian daya, atau perangkat gelombang akustik permukaan) dan dalam bentuk program komputer.

Saat mengimplementasikan algoritma pemrosesan sinyal dalam perangkat lunak, komputer melakukan operasi aritmatika pada koefisien al, bl dan variabel x(kT), y(kT) yang tersimpan di dalamnya.

Sebelumnya, kelemahan metode komputasi adalah: kecepatan yang terbatas, adanya kesalahan tertentu, perlunya seleksi ulang, kompleksitas dan biaya yang tinggi. Saat ini, keterbatasan tersebut berhasil diatasi.

Keunggulan perangkat pemrosesan sinyal digital dibandingkan perangkat analog adalah algoritma canggih yang terkait dengan pelatihan dan adaptasi sinyal, kemudahan kontrol karakteristik, stabilitas parameter waktu dan suhu yang tinggi, akurasi tinggi dan kemampuan untuk memproses beberapa sinyal secara bersamaan dan mandiri.

Sinyal sederhana dan kompleks. Basis sinyal

Karakteristik (parameter) sistem komunikasi meningkat seiring dengan dikuasainya jenis sinyal dan metode penerimaan dan pemrosesan (pemisahan). Setiap kali ada kebutuhan untuk mendistribusikan sumber daya frekuensi yang terbatas secara kompeten antar stasiun radio yang beroperasi. Sejalan dengan ini, masalah pengurangan bandwidth emisi sinyal juga diatasi. Namun, terdapat masalah saat menerima sinyal yang tidak dapat diselesaikan hanya dengan mendistribusikan sumber frekuensi. Hanya penggunaan metode statistik pemrosesan sinyal - analisis korelasi - yang memungkinkan pemecahan masalah ini.

Sinyal sederhana memiliki basis sinyal

BS=TS*∆FS≈1, (2.25)

dimana TS adalah durasi sinyal; ∆FS – lebar spektrum sinyal sederhana.

Sistem komunikasi yang beroperasi pada sinyal sederhana disebut pita sempit. Untuk sinyal kompleks (komposit, mirip noise), modulasi tambahan (manipulasi) dalam frekuensi atau fase terjadi selama durasi sinyal TS. Oleh karena itu, hubungan berikut berlaku di sini untuk basis sinyal kompleks:

BSS=TS*∆FSS>>1, (2.26)

dimana ∆FSS adalah lebar spektrum sinyal kompleks.

Kadang-kadang dikatakan bahwa untuk sinyal sederhana ∆FS = 1/ TS adalah spektrum pesan. Untuk sinyal kompleks, spektrum sinyal meluas sebesar ∆FSS / ∆FS kali. Hal ini mengakibatkan redundansi dalam spektrum sinyal, yang menentukan sifat berguna dari sinyal kompleks. Jika dalam sistem komunikasi dengan sinyal kompleks kecepatan transmisi informasi ditingkatkan hingga diperoleh durasi sinyal kompleks TS = 1/ ∆FSS, maka terbentuk kembali sinyal sederhana dan sistem komunikasi pita sempit. Properti yang berguna dari sistem komunikasi menghilang.

Metode untuk memperluas spektrum sinyal

Sinyal diskrit dan digital yang dibahas di atas adalah sinyal pembagian waktu.

Mari berkenalan dengan sinyal digital broadband dan metode akses ganda dengan pembagian kode (dalam bentuk) saluran.

Sinyal broadband awalnya digunakan dalam komunikasi militer dan satelit karena sifatnya yang bermanfaat. Di sini, kekebalan mereka yang tinggi terhadap interferensi dan kerahasiaan digunakan. Sistem komunikasi dengan sinyal broadband dapat bekerja ketika intersepsi energik terhadap sinyal tidak mungkin dilakukan, dan penyadapan tanpa sampel sinyal dan tanpa peralatan khusus tidak mungkin dilakukan bahkan ketika sinyal diterima.

Shannon mengusulkan penggunaan segmen white thermal noise sebagai pembawa informasi dan metode transmisi broadband. Dia memperkenalkan konsep tersebut lebar pita saluran komunikasi. Menunjukkan hubungan antara kemungkinan transmisi informasi bebas kesalahan dengan rasio tertentu dan pita frekuensi yang ditempati oleh sinyal.

Sistem komunikasi pertama dengan sinyal kompleks dari segmen kebisingan termal putih diusulkan oleh Costas. Di Uni Soviet, penggunaan sinyal broadband ketika metode akses ganda divisi kode diterapkan diusulkan oleh L. E. Varakin.

Untuk mewakili sementara varian sinyal kompleks, Anda dapat menulis relasi berikut:

dimana UI (t) dan (t) adalah selubung dan fase awal, yang perlahan-lahan berubah

Fungsi dibandingkan dengan cosω 0 t; - frekuensi pembawa.

Pada representasi frekuensi sinyal, bentuk spektral umum memiliki bentuk

, (2.28)

dimana fungsi koordinat; - koefisien ekspansi.

Fungsi koordinat harus memenuhi kondisi ortogonalitas

, (2.29)

dan koefisien ekspansi

(2.30)

Untuk sinyal kompleks paralel, fungsi koordinat pertama kali digunakan fungsi trigonometri beberapa frekuensi

, (2.31)

ketika semua orang pilihan ke-i sinyal kompleks memiliki bentuk

Z saya (t) = T . (2.32)

Kemudian, setelah menerima

Aki = dan = - arktg(β ki / ki), (2.33)

Ki , βki – koefisien ekspansi ke dalam deret Fourier trigonometri dari sinyal ke-i;

saya = 1,2,3,…,m ; m adalah basis kode, kita dapatkan

Z saya (t) = T . (2.34)

Di sini komponen sinyal menempati frekuensi dari ki1 /2π = ki1 /TS hingga ki2 /2π = ki2 /TS; ki1 = min (ki1) dan ki2 = maks (ki2); ki1 dan ki2 – bilangan komponen harmonik terkecil dan terbesar, yang secara signifikan mempengaruhi pembentukan varian sinyal ke-i; Ni = ki2 - ki1 + 1 - jumlah komponen harmonik dari sinyal kompleks ke-i.

Pita frekuensi ditempati oleh sinyal

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

Bagian utama spektrum energi sinyal terkonsentrasi di dalamnya.

Dari relasi (35) berikut ini basis sinyal ini

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

sama dengan jumlah komponen harmonik sinyal Ni yang dibentuk oleh varian sinyal ke-i

Gambar 2.17

B)

Gambar 2.18 Diagram spektrum penyebaran sinyal dengan plot urutan periodik

Sejak 1996-1997, untuk tujuan komersial, Qualcomm mulai menggunakan subset (φ k (t)) dari fungsi Walsh lengkap yang diortogonalisasi pada interval untuk menghasilkan sinyal kompleks paralel berdasarkan (28). Dalam hal ini, metode akses ganda pembagian kode diterapkan - standar CDMA (Code Division Multiple Access)

Gambar 2.19 Rangkaian penerima korelasi

Sifat yang berguna dari sinyal pita lebar (komposit).

Gambar 2.20

Saat berkomunikasi dengan mobile station (MS), terjadi perambatan sinyal multipath (multipath). Oleh karena itu, interferensi sinyal mungkin terjadi, yang menyebabkan munculnya penurunan yang dalam (sinyal memudar) dalam distribusi spasial medan elektromagnetik. Jadi, pada kondisi perkotaan, pada titik penerima hanya dapat dipantulkan sinyal dari gedung-gedung tinggi, bukit, dan lain-lain, jika tidak ada jarak pandang langsung. Oleh karena itu, dua sinyal dengan frekuensi 937,5 MHz (l = 32 cm), tiba dengan pergeseran waktu 0,5 ns dengan perbedaan jalur 16 cm, ditambahkan dalam antifase.

Level sinyal pada masukan penerima juga berubah dari kendaraan yang melewati stasiun.

Sistem komunikasi pita sempit tidak dapat beroperasi dalam kondisi multipath. Jadi, jika pada masukan sistem seperti itu terdapat tiga pancaran sinyal dari satu parsel Si(t) – Si1(t), Si2(t), Si3(t), yang tumpang tindih dalam waktu karena perbedaan waktu. panjang jalur transmisi, kemudian memisahkannya pada keluaran filter bandpass (Yi1(t), Yi2(t), Yi3(t)) tidak dimungkinkan.

Sistem komunikasi dengan sinyal kompleks mengatasi sifat multipath dari propagasi gelombang radio. Jadi, dengan memilih pita ∆FSS sedemikian rupa sehingga durasi pulsa terlipat pada keluaran detektor korelasi atau filter yang cocok lebih kecil dari waktu tunda berkas tetangga, satu berkas dapat diterima atau, dengan memberikan penundaan pulsa yang sesuai (Gi (t)), energinya dapat ditambahkan, yang akan meningkatkan rasio sigal/noise. Sistem komunikasi Amerika, Rake, seperti penggaruk, mengumpulkan sinar yang diterima yang dipantulkan dari Bulan dan menjumlahkannya.

Prinsip akumulasi sinyal dapat secara signifikan meningkatkan kekebalan kebisingan dan sifat sinyal lainnya. Ide akumulasi sinyal diberikan melalui pengulangan sinyal sederhana.

Elemen pertama untuk tujuan ini adalah sistem selektif frekuensi (filter).

Analisis korelasi memungkinkan Anda menentukan hubungan statistik (ketergantungan) antara sinyal yang diterima dan sinyal referensi yang terletak di sisi penerima. Konsep fungsi korelasi diperkenalkan oleh Taylor pada tahun 1920. Fungsi korelasi adalah rata-rata statistik orde kedua dalam waktu, atau rata-rata spektral, atau rata-rata probabilistik.

Jika fungsi waktu (deretan kontinu) x(t) dan y(t) mempunyai rata-rata aritmatika

Dengan pembagian saluran waktu;

Dengan pembagian kode saluran.

Fungsi periodik berbentuk:

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

dimana T-periode, k-sembarang bilangan bulat (k= , 2, …). Periodisitas ada di sepanjang sumbu waktu (-< t <+ ). При этом на любом отрезке времени равном T будет полное описа­ние сигнала.

Gambar 2.10, a, b, c menunjukkan sinyal harmonik periodik u1(t) dan spektrum amplitudo dan fasenya.

Gambar 2.11, a, b, c menunjukkan grafik sinyal periodik u2(t) - rangkaian pulsa persegi panjang serta spektrum amplitudo dan fasenya.

Jadi, sinyal apa pun dapat direpresentasikan dalam bentuk deret Fourier dalam jangka waktu tertentu. Kemudian kita akan merepresentasikan pemisahan sinyal melalui parameter sinyal, yaitu melalui amplitudo, frekuensi, dan pergeseran fasa:

a) sinyal yang rangkaiannya dengan amplitudo sembarang, frekuensi tidak tumpang tindih, dan fase sembarang dipisahkan berdasarkan frekuensi;

b) sinyal yang rangkaian dengan amplitudo sembarang tumpang tindih frekuensinya, tetapi pergeseran fasa antara komponen-komponen rangkaian yang bersesuaian dipisahkan menurut fasa (pergeseran fasa di sini sebanding dengan frekuensi);

Kapasitas tinggi sistem komunikasi sinyal komposit akan diilustrasikan di bawah ini.

c) sinyal yang rangkaiannya memiliki amplitudo sembarang, dengan komponen yang frekuensinya tumpang tindih (frekuensi dapat bertepatan) dan fase sembarang dipisahkan berdasarkan bentuk.

Pemisahan bentuk adalah pemisahan kode ketika sisi pengirim dan penerima memiliki sinyal (pola) kompleks yang dibuat khusus dari sinyal sederhana.

Saat menerima sinyal yang kompleks, sinyal tersebut terlebih dahulu diproses korelasinya, dan kemudian

sinyal sederhana sedang diproses.

Pembagian sumber daya frekuensi dengan banyak akses

Saat ini, sinyal dapat ditransmisikan di lingkungan apa pun (di lingkungan, di kabel, di kabel serat optik, dll.). Untuk meningkatkan efisiensi spektrum frekuensi, dan pada saat yang sama, jalur transmisi membentuk saluran kelompok untuk mentransmisikan sinyal melalui satu jalur komunikasi. Di sisi penerima, proses sebaliknya terjadi - pemisahan saluran. Mari kita lihat metode yang digunakan untuk memisahkan saluran:

Gambar 2.21 Pembagian Frekuensi Multiple Access FDMA

Gambar 2.22 TDMA Akses Ganda Pembagian Waktu.

Gambar 2.23 Pembagian Kode Multiple Access CDMA

Enkripsi di jaringan wi-fi

Enkripsi data dalam jaringan nirkabel mendapat banyak perhatian karena sifat jaringan tersebut. Data ditransmisikan secara nirkabel menggunakan gelombang radio, umumnya menggunakan antena omnidireksional. Dengan demikian, semua orang mendengar data tersebut - tidak hanya orang yang dituju, tetapi juga tetangga yang tinggal di balik tembok atau “orang yang berkepentingan” yang tinggal dengan laptop di bawah jendela. Tentu saja, jarak pengoperasian jaringan nirkabel (tanpa amplifier atau antena pengarah) kecil - sekitar 100 meter dalam kondisi ideal. Tembok, pepohonan, dan penghalang lainnya sangat meredam sinyal, namun hal ini tetap tidak menyelesaikan masalah.

Awalnya, hanya SSID (nama jaringan) yang digunakan untuk perlindungan. Namun, secara umum, metode ini dapat disebut perlindungan secara luas - SSID ditransmisikan dalam teks yang jelas dan tidak ada yang menghentikan penyerang untuk mengupingnya dan kemudian mengganti yang diinginkan dalam pengaturannya. Belum lagi (ini berlaku untuk titik akses) mode siaran untuk SSID dapat diaktifkan, mis. itu akan disiarkan secara paksa kepada semua orang yang mendengarkan.

Oleh karena itu, diperlukan enkripsi data. Standar pertama adalah WEP – Wired Equivalent Privacy. Enkripsi dilakukan menggunakan kunci 40 atau 104-bit (enkripsi aliran menggunakan algoritma RC4 pada kunci statis). Dan kuncinya sendiri adalah sekumpulan karakter ASCII dengan panjang 5 (untuk kunci 40-bit) atau 13 (untuk kunci 104-bit). Himpunan karakter ini diterjemahkan ke dalam rangkaian digit heksadesimal yang merupakan kuncinya. Driver dari banyak produsen memungkinkan Anda memasukkan nilai heksadesimal secara langsung (dengan panjang yang sama) alih-alih sekumpulan karakter ASCII. Harap dicatat bahwa algoritma untuk mengkonversi dari urutan karakter ASCII ke nilai kunci heksadesimal mungkin berbeda antara produsen yang berbeda. Oleh karena itu, jika jaringan Anda menggunakan peralatan nirkabel heterogen dan Anda tidak dapat mengonfigurasi enkripsi WEP menggunakan frasa kunci ASCII, coba masukkan kunci dalam format heksadesimal.

Namun bagaimana dengan pernyataan produsen tentang dukungan enkripsi 64 dan 128-bit, Anda bertanya? Benar, pemasaran berperan di sini - 64 lebih dari 40, dan 128 adalah 104. Pada kenyataannya, enkripsi data terjadi menggunakan panjang kunci 40 atau 104. Namun selain frasa ASCII (komponen kunci statis), ada juga yang namanya Inisialisasi Vektor - IV – vektor inisialisasi. Ini berfungsi untuk mengacak sisa kunci. Vektor dipilih secara acak dan berubah secara dinamis selama pengoperasian. Pada prinsipnya, ini adalah solusi yang masuk akal, karena memungkinkan Anda memasukkan komponen acak ke dalam kunci. Panjang vektornya adalah 24 bit, sehingga total panjang kuncinya adalah 64 (40+24) atau 128 (104+24) bit.

Semuanya akan baik-baik saja, tetapi algoritma enkripsi yang digunakan (RC4) saat ini tidak terlalu kuat - jika Anda benar-benar menginginkannya, Anda dapat menemukan kunci dengan kekerasan dalam waktu yang relatif singkat. Namun tetap saja, kerentanan utama WEP justru dikaitkan dengan vektor inisialisasi. IV hanya sepanjang 24 bit. Ini memberi kita sekitar 16 juta kombinasi – 16 juta vektor berbeda. Meskipun angka “16 juta” terdengar cukup mengesankan, segala sesuatu di dunia ini bersifat relatif. Dalam pekerjaan nyata, semua opsi kunci yang mungkin akan digunakan dalam jangka waktu sepuluh menit hingga beberapa jam (untuk kunci 40-bit). Setelah ini, vektor akan mulai berulang. Seorang penyerang hanya perlu mengumpulkan paket dalam jumlah yang cukup hanya dengan mendengarkan lalu lintas jaringan nirkabel dan menemukan pengulangannya. Setelah ini, pemilihan statis

Hampir sejak awal berdirinya, suku manusia dihadapkan pada kebutuhan tidak hanya untuk mengumpulkan informasi, tetapi juga untuk bertukar informasi satu sama lain. Namun, jika tidak begitu sulit melakukan hal ini dengan orang yang dekat dengan Anda (bahasa dan tulisan), maka dengan orang yang berada jauh, proses ini menimbulkan beberapa masalah.

Seiring waktu, masalah ini dipecahkan dengan penemuan sinyal. pada awalnya mereka cukup primitif (asap, suara, dll.), tetapi lambat laun umat manusia menemukan hukum alam baru, yang berkontribusi pada penemuan cara-cara baru untuk mengirimkan informasi. Mari kita cari tahu jenis sinyal apa saja yang ada, dan pertimbangkan juga sinyal mana yang paling sering digunakan dalam masyarakat modern.

Apa itu sinyal?

Kata ini berarti informasi yang dikodekan oleh satu sistem, yang dikirimkan melalui saluran khusus dan dapat diuraikan oleh sistem lain.

Banyak ilmuwan percaya bahwa kemampuan organisme biologis, atau bahkan sel individu, untuk berkomunikasi satu sama lain (menandakan adanya nutrisi atau bahaya) telah menjadi kekuatan pendorong utama evolusi.

Setiap proses fisik yang parameternya disesuaikan dengan jenis data yang dikirimkan dapat bertindak sebagai sinyal. Misalnya, dalam sistem komunikasi telepon, pemancar mengubah kata-kata pelanggan yang berbicara menjadi sinyal tegangan listrik, yang ditransmisikan melalui kabel ke perangkat penerima, di dekat tempat orang yang mendengarkan berada.

Sinyal dan pesan

Kedua konsep ini memiliki arti yang sangat dekat - keduanya berisi data tertentu yang dikirimkan dari pengirim ke penerima. Namun, ada perbedaan mencolok di antara keduanya.

Untuk mencapai tujuan ini, pesan harus diterima oleh penerima. Artinya, siklus hidupnya terdiri dari tiga tahap: pengkodean informasi - transmisi - penguraian pesan.

Dalam hal suatu sinyal, penerimaannya bukanlah syarat yang diperlukan untuk keberadaannya. Artinya, informasi yang dienkripsi di dalamnya dapat didekodekan, tetapi tidak diketahui apakah ini akan dilakukan oleh seseorang.

Klasifikasi menurut kriteria sinyal yang berbeda: tipe utama

Di alam, terdapat banyak jenis sinyal dengan ciri berbeda-beda. Dalam hal ini, berbagai kriteria untuk fenomena tersebut digunakan untuk mengklasifikasikannya. Jadi, ada tiga kategori:

• Berdasarkan cara penyampaiannya (reguler/tidak teratur).
• Berdasarkan jenis sifat fisiknya.
• Berdasarkan jenis fungsi yang menjelaskan parameter.

Sinyal berdasarkan jenis sifat fisiknya

Tergantung pada metode pembentukannya, jenis sinyal adalah sebagai berikut.

• Listrik (pembawa data - arus atau tegangan yang berubah-ubah terhadap waktu dalam suatu rangkaian listrik).
• Magnetik.
• Elektromagnetik.
• Panas.
• Sinyal radiasi pengion.
• Optik/cahaya.
• Akustik (suara).

Dua jenis sinyal terakhir juga merupakan contoh paling sederhana dari operasi teknis komunikasi, yang tujuannya adalah untuk memberitahukan kekhasan situasi saat ini.

Paling sering mereka digunakan untuk memperingatkan bahaya atau kegagalan fungsi sistem.

Seringkali, jenis suara dan optik digunakan sebagai alat koordinasi untuk kelancaran pengoperasian peralatan otomatis. Jadi beberapa jenis sinyal kontrol (perintah) merangsang sistem untuk mulai bertindak.

Misalnya, pada alarm kebakaran, ketika sensor mendeteksi jejak asap, sensor tersebut mengeluarkan suara bernada tinggi. Hal ini, pada gilirannya, dirasakan oleh sistem sebagai sinyal kontrol untuk memadamkan api.

Contoh lain tentang bagaimana suatu sinyal (jenis sinyal berdasarkan jenis sifat fisik tercantum di atas) mengaktifkan sistem jika terjadi bahaya adalah termoregulasi tubuh manusia. Jadi, jika suhu tubuh naik karena berbagai faktor, sel-sel “memberi tahu” otak tentang hal ini, dan otak mengaktifkan “sistem pendingin tubuh”, yang lebih dikenal semua orang sebagai berkeringat.

Berdasarkan jenis fungsi

Ada kategori berbeda untuk parameter ini.

• Analog (kontinu).
• Kuantum.
• Diskrit (denyut nadi).
• Sinyal digital.

Semua jenis sinyal ini bersifat listrik. Hal ini disebabkan tidak hanya lebih mudah diproses, tetapi juga mudah menular dalam jarak jauh.

Apa itu sinyal analog dan jenis-jenisnya

Nama ini diberikan kepada sinyal asal usul alam yang berubah terus menerus dari waktu ke waktu (kontinu) dan mampu mengambil nilai yang berbeda-beda dalam interval tertentu.

Karena sifatnya, mereka ideal untuk transmisi data dalam komunikasi telepon, penyiaran radio, dan televisi.

Faktanya, semua jenis sinyal lainnya (digital, kuantum, dan diskrit) pada dasarnya diubah menjadi analog.

Tergantung pada ruang kontinu dan kuantitas fisik yang sesuai, berbagai jenis sinyal analog dibedakan.

• Lurus.
• Segmen.
• Lingkaran.
• Ruang bercirikan multidimensi.

Sinyal terkuantisasi

Seperti yang sudah disebutkan pada paragraf sebelumnya, ini masih sama tipe analognya, namun bedanya sudah terkuantisasi. Pada saat yang sama, seluruh rentang nilainya dapat dibagi menjadi beberapa tingkatan. Kuantitasnya direpresentasikan dalam jumlah kedalaman bit tertentu.

Biasanya, proses ini digunakan dalam praktik saat mengompresi sinyal audio atau optik. Semakin banyak tingkat kuantisasi, semakin akurat transformasi dari analog ke kuantum.

Variasi yang dimaksud juga mengacu pada varietas yang muncul secara artifisial.

Dalam banyak klasifikasi jenis sinyal, sinyal ini tidak dibedakan. Namun, itu ada.

Tampilan diskrit

Sinyal ini juga buatan dan memiliki jumlah level (nilai) yang terbatas. Biasanya, ada dua atau tiga di antaranya.

Dalam praktiknya, perbedaan antara metode transmisi sinyal diskrit dan analog dapat diilustrasikan dengan membandingkan rekaman suara pada piringan hitam dan CD. Yang pertama, informasi disajikan dalam bentuk track audio yang berkesinambungan. Namun yang kedua - dalam bentuk titik-titik yang terbakar laser dengan reflektifitas berbeda.

Jenis transmisi data ini terjadi dengan mengubah sinyal analog kontinu menjadi sekumpulan nilai diskrit dalam bentuk kode biner.

Proses ini disebut diskritisasi. Tergantung pada jumlah karakter dalam kombinasi kode (seragam/tidak rata), dibagi menjadi dua jenis.

Sinyal digital

Saat ini, metode penyampaian informasi ini terus-menerus menggantikan metode analog. Seperti dua sebelumnya, ini juga buatan. Dalam praktiknya, ini direpresentasikan sebagai rangkaian nilai digital.

Tidak seperti analog, yang satu ini mentransmisikan data lebih cepat dan dengan kualitas lebih baik, sekaligus membersihkannya dari gangguan kebisingan. Pada saat yang sama, ini juga merupakan kelemahan sinyal digital (jenis sinyal lainnya ada pada tiga paragraf sebelumnya). Faktanya adalah informasi yang disaring dengan cara ini kehilangan partikel data yang “berisik”.

Dalam praktiknya, ini berarti seluruh bagian hilang dari gambar yang dikirimkan. Dan jika kita berbicara tentang bunyi - kata atau bahkan kalimat utuh.

Faktanya, sinyal analog apa pun dapat dimodulasi menjadi digital. Untuk melakukan hal ini, ia menjalani dua proses secara bersamaan: pengambilan sampel dan kuantisasi. Sebagai metode transmisi informasi yang terpisah, sinyal digital tidak dibagi menjadi beberapa jenis.

Popularitasnya berkontribusi pada fakta bahwa dalam beberapa tahun terakhir, TV generasi baru telah diciptakan khusus untuk transmisi gambar dan suara digital, bukan analog. Namun, mereka dapat dihubungkan ke kabel TV biasa menggunakan adaptor.

Modulasi sinyal

Semua metode transmisi data di atas dikaitkan dengan fenomena yang disebut modulasi (untuk sinyal digital - manipulasi). Mengapa itu diperlukan?

Seperti diketahui, gelombang elektromagnetik (dengan bantuan transmisi berbagai jenis sinyal) rentan terhadap redaman, dan ini secara signifikan mengurangi jangkauan transmisinya. Untuk mencegah hal ini terjadi, getaran frekuensi rendah ditransfer ke wilayah gelombang frekuensi tinggi yang panjang. Fenomena ini disebut modulasi (manipulasi).

Selain meningkatkan jarak transmisi data, ini meningkatkan kekebalan sinyal terhadap kebisingan. Dimungkinkan juga untuk secara bersamaan mengatur beberapa saluran independen untuk mengirimkan informasi.

Prosesnya sendiri adalah sebagai berikut. Sebuah perangkat yang disebut modulator menerima dua sinyal secara bersamaan: frekuensi rendah (membawa informasi tertentu) dan frekuensi tinggi (bebas informasi, tetapi mampu ditransmisikan dalam jarak jauh). Di perangkat ini, keduanya disulap menjadi satu, yang sekaligus memadukan keunggulan keduanya.

Jenis sinyal keluaran bergantung pada perubahan parameter osilasi frekuensi tinggi pembawa masukan.

Jika harmonis maka proses modulasi ini disebut analog.

Jika berkala - berdenyut.

Jika sinyal pembawa hanya berupa arus searah, jenis ini disebut noise-like.

Dua jenis modulasi sinyal pertama, pada gilirannya, dibagi menjadi beberapa subtipe.

Modulasi analog bekerja seperti ini.

• Amplitudo (AM) - perubahan amplitudo sinyal pembawa.
• Fase (PM) - fase berubah.
• Frekuensi - hanya frekuensi yang terpengaruh.

Jenis modulasi sinyal pulsa (diskrit).

• Amplitudo-pulsa (AIM).
• Frekuensi pulsa (PFM).
• Lebar pulsa (PWM).
• Fase-impuls (PPM).

Setelah mempertimbangkan metode transmisi data apa yang ada, kita dapat menyimpulkan bahwa, apa pun jenisnya, semuanya memainkan peran penting dalam kehidupan seseorang, membantunya berkembang secara komprehensif dan melindunginya dari kemungkinan bahaya.

Adapun sinyal analog dan digital (yang dengannya informasi dikirimkan di dunia modern), kemungkinan besar, dalam dua puluh tahun ke depan di negara-negara maju, yang pertama hampir sepenuhnya digantikan oleh yang kedua.