Цифровое представление, передача, помехоустойчивый прием и обработка сигналов

ДИСКРЕТНЫЕ И ЦИФРОВЫЕ СИГНАЛЫ И ИХ ОБРАБОТКА

В результате освоения материалов главы 6 студент должен: знать

• • принципы и закономерности обработки дискретных и цифровых сигналов; уметь
• • проводить математический анализ и синтез дискретных и цифровых сигналов в цифровых устройствах формирования, преобразования и обработки;

владеть

• методами компьютерного моделирования дискретных и цифровых сигналов и их преобразований при передаче информации по каналам связи.

Успешное развитие связи базируется на цифровой обработке сигналов.

Цифровая обработка сигналов — область науки и техники, в которой изучают алгоритмы и средства обработки сигналов на основе численных методов с использованием вычислительной техники. При этом физический сигнал преобразуется в последовательность чисел, которая подвергается математическим преобразованиям. Фундаментальной базой этого служит теорема отсчетов. Дискретный сигнал — последовательность отсчетов, которые принимают определенные значения в некотором интервале амплитуд. Цифровой сигнал описывается решетчатой функцией — оцифрованной последовательностью отсчетов.

Большую роль в теории связи сыграли алгоритмы дискретного и быстрого преобразований Фурье, позволяющие с высокой скоростью определять спектральные характеристики сигналов. Серьезные успехи достигнуты в создании для обработки сигналов цифровых фильтров.

Основной целью цифрового (дискретного) спектрального анализа является оценка спектральной плотности мощности дискретизированного процесса и обнаружение в течение заданного интервала времени периодического сигнала с определенными параметрами. Большинство реальных сигналов являются непрерывными функциями (если пренебречь квантовыми эффектами). Поэтому в течение длительного времени в теории связи использовали аналоговые сигналы. С их помощью удавалось решать достаточно сложные проблемы, имеющие место в теории связи, радиолокации, телевидении и т. д.

С середины XX в. стали разрабатываться системы, использующие дискретные сигналы. Эти системы позволяют располагать в интервалах времени между отсчетами одних дискретных сигналов отсчеты других дискретных сигналов. В результате появилась возможность по одной линии связи передавать одновременно несколько сообщений, осуществляя многоканальную связь с разделением каналов по времени. Дальнейшим развитием техники дискретных сигналов являются цифровые системы связи. Внедрение цифровой обработки сигналов было обусловлено увеличением дальности связи и требованием высокой ее помехоустойчивости. Цифровые методы приобрели важное значение в обработке, преобразовании и хранении двумерных сигналов и изображений (телевизионных и пр.).

Отметим высокую экономическую эффективность цифровых устройств и решение ряда задач, практически не выполнимых на аналоговой технике. Последнее касается, в частности, простоты перепрограммирования цифровых устройств на реализацию других функций. Еще одно важнейшее преимущество цифровой техники связано с принципиальной возможностью устранения накопления шумов путем восстановления формы импульсов в каскадных системах, например связных ретрансляционных, спутниковых и др.