2.2. СИГНАЛЫ

Сигнал — это физическое представление сообщения. Он состоит из дискретной или непрерывной последовательности значений некоторого параметра. В отдельных случаях эта последовательность может быть связана с материальным носителем в пространственно упорядоченной форме, как, например, печатный текст или отверстия на бумажной перфокарте, а также механические, магнитные или оптические записи на грампластинках, магнитных лентах или фотопленке; при этом сообщение хранится в форме сигнала. В таком виде можно, например, содержать информацию в начальном и конечном пунктах системы связи (источник и получатель на рис.

2.1). В других случаях — сигнал представляет сообщение путем изменения своих значений во времени. Такой электрический сигнал, зависящий от времени, играет главную роль в технике связи, так как передача сигналов основана на временных процессах. Изменяющиеся во времени сигналы будут рассмотрены в этом разделе более подробно.

Сигналы в виде функций времени в ходе передачи могут прижимать различные формы без изменения содержащейся в них информации. Эти преобразования могут быть продиктованы шириной и расположением имеющейся полосы пропускания и другими свойствами среды передачи. Можно, однако, поступающие от источника информации электрические сигналы, называемые первичными, рассматривать отдельно и в соответствии с их структурой подразделять на классы, отвечающие видам сообщений.

Рис. 2.1. Схема системы связи

2.2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕРВИЧНЫХ СИГНАЛОВ

На рис. 2.1 показана весьма общая схема системы передачи информации. Выдаваемый источником сигнал (электрический), который здесь рассматривается как первичный, согласуется со свойствами канала связи с помощью преобразователя, осуществляющего, например, процесс модуляции или кодирования. Помехи, действующие во время передачи, представлены на рис. 2.1 источником шумов. Обратный преобразователь на приемной стороне выполняет операции, противоположные преобразованиям на передающей стороне, так что к получателю (сигналов или сообщений) поступает восстановленная копия первичного сигнала, разумеется, возможными изменениями, обусловленными помехами в канале связи.

Первичный сигнал поступающий от источника как непосредственный электрический носитель сообщения, имеет ту особенность, что представляющий сообщение параметр сигнала есть, как правило, сама его величина Сигналы могут быть подразделены на четыре класса по следующему альтернативному признаку: величина сигнала и временная переменная могут быть заданы либо в непрерывной, либо в дискретной форме. Дискретность величины сигнала означает, что она принимает только строго определенные значения (как минимум, их два), а дискретность временной переменной означает, что она характеризуется определенным подразделением на отрезки, в пределах которых значение сигнала не изменяется.

Четыре класса первичных сигналов, соответствующие такому подразделению, показаны на рис. 2.2, причем случай сигнала с дискретными значениями представлен двухпозиционным сигналом, как наиболее важным. Для этих классов можно привести в качестве примеров следующие виды сообщений.

Рис. 2.2. Классификация первичных сигналов

Класс 1: значения сигналами времени непрерывны. Примеры: речь, музыка.

Класс 2: отсчеты сигнала появляются во времени с тактовым интервалом однако значения сигнала непрерывны. Пример: сигнал амплитудно-импульсной модуляции.

Класс 3: сигнал имеет дискретные значения, в простейшем случае — двоичные, т. е. может принимать лишь два значения, однако моменты времени, в которые могут происходить изменения значения сигнала, произвольны, лишь бы соблюдался определенный минимальный интервал между ними Примеры: фототелеграфные сигналы, «асинхронные» сигналы данных.

Класс 4: значения сигналов дискретны, кроме того, дискретна и временная переменная, т. е. изменения сигнала происходят только в определенные моменты времени, расстояния между которыми равны или кратны единичному интервалу заданного тактового растра.

Пример: «изохронный» сигнал данных.

Первичные сигналы, пригодные для передачи данных, относятся к классам 3 и 4. Так как на рис. 2.2 изображен только частный,хотя и важный, случай двухпозиционного сигнала, причем в форме, когда значениями являются и —1, то необходимо дополнительно рассмотреть и другие виды и формы сигналов из классов 3 или 4. На рис. 2.3 в качестве примера сигнала с более чем двумя уровнями показан четырехпозиционный сигнал класса 4. Четырем его уровням могут быть приведены в соответствие, например, значения На рис. 2.4 показаны разные формы первичных двухпозиционных сигналов классов 3 и 4. На рис. 2.4а еще раз представлены «двуполярные» сигналы со значениями и —1, как и на рис. 2.2. На рис. 2.46 приведены те же сигналы в «однополярной» форме, со значениями 0 и 1.

Рис. 2.3. Четырехпозиционный (четырехуровневый) сигнал класса 4 (см. рис. 2.2)

Рис. 2.4. Различные формы двухпозиционных первичных сигналов классов 3 и 4 (см. рис. 2.2)

На рис. 2.4в слева отмечены только изменения сигнала короткими импульсами, полярность каждого из которых отвечает вновь принимаемому сигналом значению. В правой стороне рис. 2.4в каждому элементу сигнала приведен в соответствие расположенный в середине его импульс, знак которого отвечает значению сигнала. Так как у сигнала класса 4 тактовый реестр известен, при этой форме сигнала можно

отказаться от импульсов одной из двух категорий (рис. 2.4г). Если для класса 4 импульс на рис. симметрично растянуть на половину элементарной длительности, то получится сигнал с теми же состояниями, что и на рис. 2.4а; однако на тактовом интервале он принимает и нулевые значения, обеспечивающие сохранение тактов при передаче — это так называемый RZ-сигнал (Return to Zero), в то время как сигнал из ряда не принимает нулевых значений, это NRZ-сигнал (Non Return to Zero).