Информация, сообщения, сигналы

Под информацией понимают совокупность каких-либо сведений о явлениях, объектах и т.п. Сообщения представляют собой материальную форму существования информации и могут иметь различную физическую природу. Сигналами в электрической связи служат процессы (функции времени) электрической природы, посредством которых осуществляется передача сообщений на расстояние. Общее и различное в этих основополагающих понятиях теории связи поясняется таблицей 1.1. В ней также указаны возможные преобразователи сообщений в сигналы, которые называют датчиками сигналов.

Таблица 1.1.

Вид сообщения	Математ. модель	Сигнал u (t)	Датчик сигнала
Текст	ai (k) k = 1,2,…, n ai Î { aj }, j = 1,2,…. m	u (t)     t m = 2, n = 6	Клавиатура ЭВМ
Звук	p = p (t)	u (t)     t	Микрофон
Факс Видео	b = b (x,y) b = b (x,y,t)	u (t)     t	ФЭ и УР Видеокамера

 

Текстовые сообщения представляют собой последовательности символов из некоторого конечного множества { a _i } (языка) с известным объемом алфавита m. Преобразование такого рода сообщений в сигнал может осуществляться, например, клавиатурой ЭВМ путем поочередного кодирования отдельных символов сообщения k -разрядными комбинациями из 0 и 1, которым соответствуют два разных уровня напряжения.

Звуковые сообщения представляют собой изменения давления воздушной среды в заданной точке пространства во времени p (t). С помощью микрофона они преобразуются в переменный электрический сигнал u (t), который в определенном смысле является копией сообщения и отличается от него лишь физической размерностью.

Видеосообщения можно рассматривать как распределение яркости на поверхности объекта b (x,y), неподвижное изображение которого требуется передать на расстояние (фототелеграф), или более сложный процесс b (x,y,t) (черно-белое телевидение). Характерной особенностью при передаче видеосообщений является необходимость преобразования описывающих их многомерных функций в одномерный сигнал u (t). Это достигается использованием в датчиках видеосигналов устройств развертки (УР) для поэлементного преобразования яркости отдельных точек объектов в уровень электрического сигнала с помощью фотоэлементов (ФЭ) или иных фотоэлектрических преобразователей.

 

Классификация сигналов

По относительной ширине спектра сигналы делят на низкочастотные (называемые также НЧ, видео, широкополосные сигналы) и высокочастотные (ВЧ, радио, узкополосные, полосовые сигналы).

 

Для НЧ сигналов Δ F / F ср> 1, где

Δ F = F max– F min– абсолютная ширина спектра сигнала,

F ср= (F max+ F min)/2 – средняя частота спектра сигнала,

F max– максимальная частота в спектре сигнала,

F min– минимальная частота в спектре сигнала.

Для ВЧ сигналов Δ F / F ср << 1.

Как правило, первичные сигналы на выходе датчиков являются низкочастотными. Полезно помнить диапазоны частот, в которых располагаются спектры типичных сигналов в системах связи и вещания:

1) телефонный – 300 ÷ 3400 Гц (стандартный канал тональной частоты),

2) радиовещательный – от 30–50 Гц до 6–15 кГц,

3) телевизионный – 0 ÷ 6 МГц (для вещательного стандарта разложения изображения, принятого в России).

По своей природе различают сигналы детерминированные и случайные. Детерминированные сигналы считаются известными в каждой точке временной оси. В отличие от них значения случайных (стохастических) сигналов в каждый момент времени являются случайной величиной с той или иной вероятностью. Очевидно, что детерминированные сигналы в силу своей полной определенности не могут нести никакой информации. Их удобно использовать в теории для анализа различных функциональных узлов (ФУ), а на практике в качестве испытательных сигналов для измерения неизвестных параметров и характеристик отдельных звеньев трактов систем связи.

По форме сигналы можно разделить на четыре вида, приведенные в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2.

	Время t
непрерывное	дискретное
Значения u (t)	Непрерывные	u (t) аналоговый 1     t	u (t)     t
Дискретные	u (t)   t	u (t) цифровой 4   t

 

Сигнал (1), непрерывный по времени и состояниям, называют аналоговым. Сигнал (4), дискретный по времени и состояниям, – цифровым. Эти сигналы чаще всего используются в различных узлах систем связи. Соответственно различают аналоговые и цифровые ФУ по форме сигналов на их входах и выходах. Возможны преобразования аналогового сигнала в цифровой с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и, наоборот, – с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Условные графические обозначения (УГО) этих типовых ФУ приведены на рис. 1.1.

 

 

Сигналы можно рассматривать в качестве объектов транспортировки по каналам связи и характеризовать основными параметрами, такими как

- длительность сигнала Т _с,

- ширина его спектра F _c,

- динамический диапазон , где

и – максимальная и минимальная

мгновенные мощности сигнала.

 

Пользуются также более общей характеристикой – объемом сигнала .На интуитивном уровне очевидно, чем больше объем сигнала, тем он информативнее, но тем и выше требования к качеству канала для его передачи.